DE1645523C3 - Verfahren zur Herstellung von hitzegehärteten Dienpolymerisaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von hitzegehärteten DienpolymerisatenInfo
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Description
Das deutsche Patent 1 645 503 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hitzegehärteten Dienpolyinerisaten
durch Umsetzen eines durch anionische Polymerisation hergestellten polyfunktionell substituierten
Polydienvorpolymerisats mit einem polyfunktionellen organischen Kettenverlängerungsmittel,
welches mit den funktionellen Gruppen des Dienvor-Polymerisats zu reagieren vermag, bei Raumtemperatur
bzw. mäßig erhöhter Temperatur und Härten des kettenverlängerten Produktes mit Hilfe von
Wärme und einem Härter, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man als polyfunktionell substituierles
Dienvorpolymerisat ein solches, dessen PoIymerenstruktur
überwiegend 1,2-Konfiguration hat, Verwendet und den als Härter eingesetzten freie
Radikale liefernden Peroxydinitiator bereits vor der Kettenverlängerungsreaktion zum Dienvorpolymeri-
»at zugibt, wobei man bei der Kettenverlängerungsteaktion unterhalb der Aktivierungstemperatur des
Peroxydinitiators arbeitet und die Härtung nach der fCeltenverlängerungsreaktion durch Erhöhung der
Temperatur über die Aktivierungstemperatur des Peroxydinitiators durchführt.
Die durch dieses Verfahren erhaltenen Polymerisate besitzen zahlreiche Vorteile. Bei der ersten Stufe
der Aushärtung wird ein elastisches Material gebildet, wenn das polyfunktionelle organische Kcttenverlüngerungsmittcl
mit dem Dienvorpolymerisat reagiert. Dieses Zwischenprodukt weist abhängende Vinylgruppen auf. die bei weiterem Erhitzen durch
Einwirkung des Peroxydinitiators miteinander reu gieren und cyclische Produkte bilden. Das Auftreter
eines elastischen Zwischenprodukts hat den Vorteil daß man das Zwischenprodukt formen oder Zurichter
kann, worauf dann bei der Cyclisierung ein harte« iieformtes Produkt entsteht.
Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß be der endgültigen Aushärtung verhältnismäßig harte
Produkte erhalten werden.
Es wurde nunmehr gefunden, daß man wenigei
harte Produkte erhält, wenn man bei der Umsetzung des Polydienvorpolymerisats mit dem organischen
Kettenverlängerer in Gegenwart bestimmter PoIyäther arbeitet, welche funktioneile Hydroxylgruppen
aufweisen. Bei dieser Arbeitsweise muß auch das Dienvorpolymerisat als funktionell Gruppen Hydroxylgruppen
aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Hersteilung von hitzegehärteten Dienpoiymerisaten
durch Umsetzen eines durch anionische Polymerisation hergestellten polyfunktionell substituierten
Polydienvorpolymerisats mit einem polyfunktionellen organischen Kettenverlängerungsmittel, welches mi<
den funktionellen Gruppen des Dienvorpolymerisats zu reagieren vermag, bei Raumtemperatur bzw. mäßig
erhöhter Temperatur und Härten des kettenverlängerten Produktes mit Hilfe von Wärme und einem
Härter, wobei man als polyfunktionell substituiertes Dienvorpolymerisat ein solches, dessen Polymerenstruktur
überwiegend 1,2-Konfiguration hat. verwendet und den als Härter eingesetzten freie Radikale
liefernden Peroxydinitiator bereits vor der Kettenverlängerungsreaktion zum Dienvorpolyrnerisat zugibt,
wobei man bei der Kettenverlängerungsreaktion unterhalb der Aktivierungstemperatur des Peroxydinitiators
arbeitet und die Härtung nach der Kettenverlängerungsreaktion durch Erhöhung der Temperatur
über die Aktivierungstemperatur des Peroxydinitiators durchführt, nach Patent 1 645 503.
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Umsetzung von Dihydroxy-l,2-polybutadien oder Dihydroxy-3,4-polyisopren
mit dem Kettenverlängerungsmiilel in Gegenwart eines Polyäthervorpolymerisats
aus der Gruppe Polyoxypropylenglykol, Polyoxypropylentriol, Polyoxytetramethylenglykol.
Polyoxybutylenglykol und Polyoxybutylentriol durchgeführt wird.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Produkte dürften sich von den Produkten des Verfahrens des Hauptpatents
dadurch unterscheiden, daß im Molekül längere Polyäthergruppen vorliegen. Dadurch wird
eine verringerte Härte erzielt.
Das Dienvorpolymerisat und der Polyäther werden mit dem polyfunktionellen organischen Kettenverlängerungsmittel
in Gegenwart eines radikalen Peroxydinitiators umgesetzt. Nach einem sorgfältigen
Mischen wird vorzugsweise entgast. Die Kettenverlängerungsreaktion verläuft bei Raumtemperatur oder bei mäßig erhöhten Temperaturen, wobei
ein gummiartiges Zwischenprodukt gebildet wird, das sich dadurch auszeichnet, daß es den radikalischen
Peroxydinitiator molekular durch die Gesamtmenge verteilt enthält. Erhitzen des gummiartigen
Zwischenprodukts auf Temperaturen von 70 bis 140" C treibt die Cyclisierung der abhängenden
Vinylgruppen des Polydienblocks voran, wobei kondensierte Cyclohexanringe gebildet werden und eine
Vernetzung benachbarter Ketten stattfindet.
Der organische Kettcnverlängerer ist normalerweise ein difunktionelles Material, kann aber mehr
als zwei funktionelle Gruppen enthalten. Das bevorzugte polyfunkiionelle organische Kettenverlängerungsmittel
ist ein organisches Diisocyanatmaterial. welches beim erfindungsgemäßen Verfahren bei mäßig
niedrigen Temperaturen unter Bildung von Polyurethanbindungen reagiert, wobei das Molekulargewicht
des Vorpolymers merklich erhöht wird.
Das organische Diisocyanatkettenverlängerungsmittel,
das zur Herstellung dieser Harze verwendet wird, kann eines einer Anzahl bekannter organischer
Diisocyanate sein, die in Urethankunststoffen verwendet werden. Typische Diisocyanatverbindungen,
die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind:
2,4-Toluoldiisocyanat,
Hexamethylendiisocyanat.
2,6-Toluoldiisocyanat,
Diunisidindiisocyanui.
1,4-Benzoldiisocyanat.
p.p'-Diisocyanatodiphenylnielhan,
l-Chlorophenyl-Z^-diisocyanat.
Trimethylendiisocyanat,
Pentamethylendiisocyanat.
Butylen-1.2-diisocyanat,
Butylen-1.4-diisocyanat,
Xyloldiisocyanat.
2.4-Cyclohexylendiisocyanat.
1.1-Dibutylätherdiisocyanat.
1.6-Cycloheptandiisocyanat.
2.5-Indendiisocyanat,
Diphenylmethandiisocyanat.
1,5-Naphthalindiisocyanat,
Triphenylmethandiisocyanat.
Die Anwendung von Diisocyanaten zur Herstellung von Urethanbindungen, welche die Ketten des
dihydroxysubstituierten Polydienvorpolymerisats und des Polyätherdiolvorpolymers verbinden, ist sehr
erwünscht, da hierdurch keine Bildung von Kondensationsprodukten,
wie z. B. Wasser, oder Ammoniak, stattfindet. Auf Grund des Fehlens von flüchtigen
Kondensationsprodukten ist die Reaktion besonders bei der Herstellung von Klebebindungen, Laminaten
und kompakten Harzmassen brauchbar. Weiterhin ist das Urethanvorpolymerisatgemisch gießfähig und
ergibt durch Reaktion, welche bei mäßig niederen Temperaturen stattfindet, ein lange Zeit lagerfähiges,
klebfreies, gummiartiges Material. Der sich aus der Diisocyanatreaktion ergebende Urethangummi besitzt
einen radikalischen Peroxydinitiator in sich molekular verteilt, der für die Cyclisierungs- und Vernetzungsreaktion
erforderlich ist. um ein hartes Harz zu erzeugen.
Es können auch Kombinationen von KettenverlängerungsmiUel
verwendet werden, die ähnliche Harze ergeben, wie die. die aus den Diisocyanate
Dihydroxypolydien Polyäther-Kombinationen erhalten werden. Beispielsweise ergibt die Umsetzung mit
Dicarbonsäuren, Disäurehalogeniden. Diestern, Anhydriden und Dianhydriden ein Harz mit zur Cyclysation
fähigen Blöcken, das über Polyestergruppen kettenverlänaert worden ist.
Die Verwendung von Dicarbonsäuren, Disäurehalogeniden und Diestern als Kettenverlängerungsmittel
ergibt die Bildung von chemischen Nebenprodukten, die flüchtig sein können, wodurch diese besonderen
Kombinationen für viele Anwendungen weniger zweckmäßig sind. Dianhydride werden bevorzugt, da
die Kettenverlängerung ohne Bildung von chemischen Nebenprodukten vonstatten geht.
Beispiele für Säure- und Anhydridkettenverlängerungsmittel.
die verwendet werden können, sind:
Adipinsäure,
Fumarsäure,
Fumarsäure,
1 ^-Cyclohexandicarbonsäure,
Terephthalsäure,
Malonsäure,
Azelainsäure.
Sebacinsäure,
Sebacinsäure,
Isophthalsäure,
Endo-cis-bicyclo-(2,2,1 )-5-hepten-2.3-dicarbonsäuredianhydrid.
Bernsteinsäure,
Dodecenylbernsteinsäureanhydrid,
Dodecenylbernsteinsäureanhydrid,
Tetrc-hydrophthalsäureanhydrid.
Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Maleinsäureanhydrid,
Phthalsäureanhydrid,
Glutarsäureanhydrid,
Glutarsäureanhydrid,
1,4,5.6.7.7-Hexachlorobicyclo-(2,2.1 )-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid,
Tetrachlorphthalsäureanhydrid.
Geeignete Dianhydrid- und Polyanhydridkettenverlängerungsmittel
sind die folgenden:
S.-V^^'-Benzophenontetracarbonsäure-
dianhydrid,
Polyazelainsäurepolyanhydrid,
Pyromellitsäuredianhydrid,
PyromellitsäuredianhydridGlykol-Addukte,
l^J^-Cyclopentantetracarbonsäuredianhydrid.
l^J^-Cyclopentantetracarbonsäuredianhydrid.
Bei einigen Anwendungen kann zur Beschleunigung der Kettenverlängerungsreaktion ein Katalysator
verwendet werden. Beispielsweise ist es bei der Bildung von Urethanbindungen zwischen dem Diisocyanat
und dem Dihydroxypolydien und dem Polyäther manchmal erwünscht, einen Katalysator
zu verwenden, der die Urethanbildung fördert. Geeignete Katalysatoren, welche die Bildung von Ketten-Verlängerungsbindungen
über die Umsetzungen mit anderen Verbindungen fördern, sind in der Technik
allgemein bekannt.
In dem Falle, in welchem das Dihydroxypolydienvorpolymerisat
und das Polyälhermolekül durch eine Esterbindung vermittels einer Reaktion mit einer
zweibasischen Säure verlängert werden, wird die Reaktion in typischer Weise im Bereich von 80 bis
135°C ausgeführt. Eine Dianhydridkettenverlängerung verläuft in einem Temperaturbereich, der annähernd
20 bis 300C niedriger liegt, als diejenige mit
der zweibasischen Säure. Eine Kettenverlängerung, bei der ein Säurechlorid verwendet wird, verläuft im
allgemeinen im Bereich von 40 bis 100° C. Die obigen
Temperaturbereiche sind lediglich als Anhaltspunkte zu verstehen.
Im allgemeinen sollten die Polyäther, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, ein
Molekulargewicht zwischen 600 und 3100 besitzen.
Für die letzte Stufe des Verfanrens sind die organischen
radikalischen Freiradikai-Peroxydinitiatoren wichtig. Diese Peroxydinitiatoren sin ti bei der Cyclisierung
der abhängenden Vinylgruppcn des PoIydiens und der Vernetzung benachbarter Ketten wesentlich.
Der Peroxydinitiator wird in das Ausgangsgemisch aus dem Polydienvorpolymerisat, dem Polyäther
und dem organischen Kettenverlängerungsmittel eingeführt, so daß er durch das gesamte elastische
Zwischenprodukt molekular verteilt wird. Durch Anwendung von Wärme in der Endstufe zersetzt sich
der Peroxydinitiator und liefert freie Radikale, welche die abhängenden Vinylgruppen zur Bildung einer
kondensierten Cyclohexankette veranlassen. Organische Peroxyde, die zur Unterstützung der Cyclisierung
der abhängenden Vinylgruppen verwendet werden können, sind z. B. die folgenden:
Di-t.-butylperoxyd.
2,5-Dimethyl-2.5-bis-(tert.-buty!peroxy)-hexan.
n-Butyl-4,4-bis-(tert.-butylperoxy)-valerat.
2.5-Di'methy1-2.5-bis-(tert.-bu;y!peroxy)-hexin-3.
tert.-Butylperbenzoat,
Dicumylperoxyd,
Methyläthylketonperoxyd,
Cumolhydroperoxyd,
Di-N-methyl-t.-bulyl-percarbamat.
Lauroylperoxyd,
Acetylperoxyd,
Decanoylperoxyd,
l.-Butylperacetat,
(.-Butylperoxyisobutyrat.
Die chemische Struktur des Harzproduktes, das durch Umsetzung von 1.2-Polybutadiendiol und
Polyoxypropylenglykol und 2,4-Toluoldiisocyanat in Gegenwart von radikalischen Initiatoren erhalten
wird, läßt sich idealisiert folgendermaßen darstellen:
H
HO-CH2-CH2-C-CH2
HO-CH2-CH2-C-CH2
H-C
i
CH1
i
CH1
-C-CH2
H-C
H-C
Il
CH,
H H
-C-CH2-C-CH2 CH2 CH2-OH + OCN
H-C H-C
Π Ij
„ CH, CH,
Dihydroxy-1,2-polybutadien
Toluoldiisocvanai
+ H—\O-CH-CH2Jn,--OH
Polyoxypropylenglykol
Kettenverlängerung zur Bildung von Polyurethanelastomerzwischenprodukten
/ H
0-CH,-CH,-C-CH, -C-CH
R > CH2
CH,
-C-CH2 -C-CH2-CH2-CH2-O-C-N -{ ']
-C-^ H-C-,
w Il "^. ü x
CH2 CH2
-N-C
T H
C-N-H
J Y
N-H
C=O
CH3
— \0 -CH -CH2/ -O
R : R > 2 R ■ Cyclisation
der abhängenden Vinylgruppen und Vernetzung
O CH1CH
CH2-CH2-CH2-O-C-N
Zur Vernetzungsstelle— CH
worin η eine ausreichende Zahl darstellt, so daß dem
cyclisierten Teil des Moleküls ein Molekulargewicht zwischen ungefähr 500 und 3000 verliehen wird, und
worin m eine ausreichende Zahl ist, so daß dem langkettigen Kohlenwasscrstoffteil des Molekülsein Molekulargewicht
zwischen ungefähr 600 und 3100 verliehen wird.
Die gemäß der Erfindung hergestellten Harze besitzen einen großen Anwendungsbereich. Sie können
als Schichtstoffe, Füllstoffe, steife Schaumstoffe, Filme und Beläge verwendet werden, um nur einige zu nennen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele
erläutert:
20 Teile eines 1.2-Polybutadicndiols mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000, 60 Teile Polyoxypropylentriol mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von 3000. und i,75 Teile Di-tert.-butylperoxyd werden in einen
Glasbehälter eingebracht und sorgfältig gemischt. Dann werden in den Behälter 8 Teile Toluoldiisocyanat
eingebracht, und die Lösung wird gerührt, bis sie homogen ist. Die Lösung wird in einer
Vakuumkammer entgast, wobei ein Vakuum von ungefähr 1 mm Hg annähernd 15 Minuten lang
angewendet wird. Am Ende der Entgasungszeit wird das Material in eine Form gegossen und unter den
folgenden Bedingungen ausgehärtet:
1. 18 Stunden bei 900C in Luft.
2. 7 Stunden bei 115CC in Luft.
Die ausgehärteten Harze sind opak und gummiartig. Ein typischer Gießling hatte eine Härte von
weniger als 0 Barcol.
20 Teile eines 1.2-Polybutadiendiols mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000, 10 Teile Polyoxypropylentnol mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von 1000 und 0,69 Teile Di-tert.-butylperoxyd werden in einen Glasbehälter eingebracht und sorgfältig gemischt.
5 Teile Toluoldiisocyanat werden dann in den Behalter gegeben, und die Lösung wird gerührt, bis sie
homogen ist. Die Lösung wird in einer Vakuumkammer entgast, wobei ein Vakuum von ungefähr
1 mm Hg annähernd 15 Minuten lang angewendet wird. Am Ende der Entgasungszeit wird das Material
in eine Form gegossen und anschließend unter den folgenden Bedingungen ausgehärtet:
1. 2 Stunden bei 90° C in Luft,
2. 20 Stunden bei 115° C in Luft.
Die ausgehärteten Harze sind opak und gummiartig. Ein typischer Gießling hatte eine Härte von
weniger als 0 Barcol.
50 Teile eines 1,2-Polybutadiendiols mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000. 50 Teile Polyoxypropylentriol mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von 2000 und 1 Teil Di-tert.-butylperoxyd werden in einen Glasbehälter
eingebracht und sorgfältig gemischt. Hierauf werden 14 Teile Toluoldiisocyanat in den Behälter eingebracht,
und die Lösung wird gerührt, bis sie homogen ist. Die Lösung wird in einer Vakuumkammer entgast,
wobei ein Vakuum von ungefähr 1 mm Hg annähernd 15 Minuten lang angewendet wird. Am
Ende der Entgasung wird das Material in eine Form gegossen und anschließend unter den folgenden Bedingungen
ausgehärtet:
1. 5 Tage bei 9OX in Luft,
2. 5 Tage bei 115 C in Luft.
Die ausgehärteten Harze sind halbdurchsichtig und gummiartig. Ein typischer Gießling hatte eine
Härte von weniger als 0 Barcol.
50 Teile eines 1.2-Polybutadiendiols mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000
50 Teile Polyoxypropylentriol mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von 1000 und 1 Teil Di-tert.-butylperoxyd werden in einen Glasbehälter
eingebracht und sorgfältig gemischt. Hierauf werden diesem Behälter 14 Teile Toluoldiisocyanat zugegeben,
und die Lösung wird gerührt, bis sie homogen ist. Die Lösung wird in einer Vakuumkammer entgast,
wobei ein Vakuum von 1 mm Hg annähernd 15 Minuten lang angewendet wird. Am Ende der Entgasungszeit
wird das Material in eine Form gegossen und anschließend unter den folgenden Bedingungen
ausgehärtet:
1. 5 Tage bei 90 C in Luft,
2. 5 Tage bei 115" C in Luft.
Die ausgehärteten Harze sind halbdurchsichtig und gummiartig. Ein typischer Gießling hatte eine
Härte von weniger als 0 Barcol.
67 Teile eines 1,2-Polybutadiendiols mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000, 100 Teile Polyoxypropylentriol mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von 3000 und 3,6 Teile Di-tert.-butylperoxyd werden in einen Glasbehälter eingebracht und sorgfältig gemischt.
24 Teile Bitoluoldiisocyanat werden dann in den Behälter eingebracht, und die Lösung wird so lange
gerührt, bis sie homogen ist. Die Lösung wird in einer Vakuumkammer entgast, wobei ein Vakuum
von ungefähr 1 mm Hg annähernd 15 Minuten lang angewendet wird. Am Ende der Entgasungszeit wird
das Material in eine Form gegossen und anschließend unter den folgenden Bedingungen ausgehärtet:
1. 11 Tage bei 90" C in Luft,
2. 9 Tage bei 115' C in Luft.
Die ausgehärteten Harze sind opak und gummiartig und besitzen ein gelbes Aussehen. Ein typischer
Gießling hatte eine Härte von weniger als 0 Barcol. Die erfindungsgemäßen Harze sind sehr attraktiv.
Sie werden aus viskosen polymeren Materialien hergestellt, aber ungleich anderen polymeren Materialien.
kann das Aushärtungsverfahren bei einer Zwischenstufe eine unbestimmte Zeitlang gestoppt werden. Das
Produkt der Zwischenstufe ist ein elastomeres Material, welches leicht geschnitten, gestanzt, geformt und
nahezu jeder mechanischen Bearbeitung unterworfen werden kann. Wenn der fertige Gegenstand ausgeformt
ist, dann wird Wärme angewendet, und der Artikel verwandelt sich in ein hartes, steifes Material.
Die Harze können in der Fabrik bis zur elastomere!! Zwischenstufe gehärtet und dann verpackt und zu
dem Ort versandt werden, an welchem mit dem fertigen Gegenstand eine abschließende Härtung durchgeführt
wird. Es ist leicht ersichtlich, daß solche Herstellungsverfahren Harzprodukte erzielen lassen, die
bisher nicht erhältlich waren.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von hitzegehärteten Dienpolymerisaten durch Umsetzen eines durch anionische Polymerisation hergestellten polyfunktionell substituierten Polydienvorpolymerisats mit einem polyfunktionellen organischen Kettenverlängerungsmittel, welches mit den funktionellen Gruppen des Dienvorpolymerisats zu reagieren vermag, bei Raumtemperatur bzw. mäßig erhöhter Temperatur und Härten des kettenverlängerten Produkts mit Hilfe von Wärme und einem Härter, wobei man als polyfunktionell substituiertes Dien vorpolymerisat ein solches, dessen Polymerenstruktur überwiegend 1,2-Konfigaration hat, verwendet und den als Härter eingesetzten freie Radikale liefernden Peroxydinitiator bereits vor der Kettenverlängerungsreaktion zum Dienvorpolymerisat zugibt, wobei man bei der Ketten-Verlängerungsreaktion unterhalb der Aktivierungstemperatur des Peroxydinitiators arbeitet und die Härtung nach der Kettenverlängerungsreaktion durch Erhöhung der Temperatur über die Aktivierungstemperatur des Peroxydinitiators durchführt, nach Patent 1645 503, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung von Dihydroxy - 1,2 - polybutadien oder Dihydroxy-3,4-polyisopren mit dem Kettenverlängerungsmittel in Gegenwart eines Polyäthervorpolymerisats aus der Gruppe Polyoxypropylenglykol, Polyoxypropylentriol, Polyoxytetramethylenglyko1. Polyoxybutylenglykol und Polyoxybutylentriol durchgeführt wird.35
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