DE1720998C2 - Verfahren zur Herstellung von Polybutadien mit einem hohen Gehalt an Vinylseitengruppen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Polybutadien mit einem hohen Gehalt an Vinylseitengruppen

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DE1720998C2
DE1720998C2 DE1720998A DE1720998A DE1720998C2 DE 1720998 C2 DE1720998 C2 DE 1720998C2 DE 1720998 A DE1720998 A DE 1720998A DE 1720998 A DE1720998 A DE 1720998A DE 1720998 C2 DE1720998 C2 DE 1720998C2
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Description

(a) Ti(OR)4-AlR3, worin R eine Alkylgruppe darstellt (»Makromolekulare Chemie«, Bd. 77, Seite 126 [1964J.
(b) V(Acac)3-AlR3, worin R eine Alkylgruppe und Acac eine Acetylacetonatgruppe darstellen (»Chimie et Industrie«, Bd. 41, Seite 526 [1959]).
(c) Cr(ACaC)3-AlR3 (»Chimie et Industrie«, Bd. 41, Seite 1163 [1959]).
Diese Katalysatorsysteme sind insgesamt h eterogen, und die Produkte enthalten einen großen Anteil an Polymerisaten von niederem Molekulargewicht, die in Äther und Aceton löslich sind. Außerdem sind die mittels dieser Katalysatorsysteme hergestellten Polymerisate syndiotaktisch oder isotaktisch und nicht kautschukartig. Insbesondere ist der '^-Gehalt in den Produkten, die unter Verwendung von Katalysatorsystemen der V-Reihe und der Cr-Reihe erhalten wurden, geringer als 90% oder gewöhnlich etwa 80%.
Außer den vorstehend genannten Katalysatoren sind auch die Katalysatorsysteme Co2(CO)8-MoCIs (»Kogyo Kagaku Zasshi«, Bd. 67, S. 1652 [1964]) und MoCl5-ZnR2 (US 32 32 920) bekannt Diese sind jedoch auch alle heterogen, und es ist eine große Menge an Katalysator für die Erzielung einer hohen katalytischen Aktivität erforderlich. Ferner müssen diese Katalysatoren bei ihrer Herstellung gealtert werden.
Des weiteren sind auch Verfahren zur Butadienpolymerisation beschrieben worden, die in Gegenwart von Katalysatorsystemen aus Kobaltverbindungen, Alkylaluminiumverbindungen und Phosphinen der Formel PR3 oder anderen Lewisbasen ausgeführt werden und vorwiegend zu 1,2-PoIybutadien führen sollen (vgl. die DE-AS 11 42 702 und 11 55 248 sowie die Literaturstelle »Journal of Polymer Science«, Teil C, Bd. 4, Seite 399 [1963]). Diese Angaben sind jedoch offensichtlich nicht
korrekt. Wie nämlich aus der Literaturstelle »Industrial and Engineering Chemistry«, Product Research and Development, Bd. 1, Nr. 1, Seite 32, März 1962, zu ersehen ist, ist 13-Butadien mit einem Katalysatorsystem aus einer Kobaltverbindung, einer Alkylaluminiumverbindung und Pyridin nicht polymerisierbar. Darüber hinaus zeigten eigene Versuche, daß 1,3-Butadien auch mit einem Katalysatorsystem aus einer Kobaltverbindung, einer Alkylaluminiumverbindung und einem Phosphin der Formel PR3 keine Polymerisation ergibt.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Polymerisation von 1,3-Butadien zu erarbeiten, das die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist und zu einem Polybutadien mit einem hohen Gehalt an Vinylseitengruppen führt.
Gegenstand der Erfindung ist somit das im Patentanspruch beschriebene Verfahren.
Es war überraschend und nicht vorhersehbar, daß unter den Bedingungen der aus den DE-AS 11 42 702 und 11 55 248 bekannten Verfahren nur dann eine Polymerisation stattfindet, wenn, wie beansprucht, geringe Mengen Wasser zugegen sind. Aus dem Referat Nr. 1143 im »Chemischen Zentralblatt«, Jg. 1967, Nr. 15,
war nämlich zwar bekannt, daß ein Zusatz von Spuren von Wasser zu einem aktiven Ziegler-Katalysatorsystem eine Erhöhung der Polymerisationsgeschwindigkeit und des Molekulargewichtes bewirkt Eine Anregung dahingehend, daß sich ein an sich »inaktives« Katalysatorsystem durch den Zusatz von Wasser in ein aktives ICatalysatorsystem umwandeln läßt, ist diesem Stand der Technik jedoch nicht zu entnehmen.
Es war darüber hinaus auch überraschend und nicht vorhersehbar, daß man nach den aus diesen DE-Auslegeschriften bekannten Verfahren durch Zusatz von Wasser nur dann 1 ^-Polymerisate erhält, wenn lösliche Komplexe von Kobalthalogenid mit Alkylphosphinen eingesetzt werden, zumal durch Zusatz von Wasser zu einem einen löslichen Komplex von Kobalthalogenid mit Pyridin, d. h. Verbindungen, wie sie nach diesen DE-Auslegeschriften ebenfalls eingesetzt werden, enthaltenden Katalysatorsystem bei der Polymerisation von Butadien-13 cis-l,4-PoIymerisate entstehen (vgl. obengenanntes Zentralblattreferat sowie die Literaturstelle »Industrial and Engineering Chemistry«, Product Research and Development, Bd 1, Nr. I, Seite 32 ff.).
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung kann ein Polymerisat mit einem hohen Prozentsatz an der Vinyl-Konfiguration der nachstehenden allgemeinen Formel
-/-CH2-CH-
CH
CH2
d. h, ein Polymerisat mit mehr als 90% an Vinyl-Konfiguration, erhalten werden.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung können irgendwelche Polymerisate von kautschukartigen Polymerisaten bis zu harzartigen Polymerisaten in gewünschter Weise erhalten werden, indem man lediglich die Art des Phosphins ändert. Beispielsweise ist ein Polybutadien, das unter Verwendung von Triphenylphosphin erhalten wurde, ein kristallines syndiotaktisches Polymerisat, während Polybutadiene, die unter Verwendung von Äthyldiphenylphosphin, Diäthylphenylphosphin und Triäthylphosphin jeweils erhalten wurden, insgesamt kautschukartige Polymerisate sind und insbesondere ist ein unter Verwendung von Triäthylphosphin erhaltenes Polybutadien ein vollständig amorphes, kautschukartiges Polymerisat.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Katalysatorsysteme sind in Lösungsmitteln vollständig löslich, und es ist keine besondere Alterungsbehandlung bei der Herstellung des Katalysators notwendig.
Überdies ist das Polymerisationsausmaß oder die Polymerisationsgeschwindigkeit bei dem Verfahren gemäß der Erfindung größer als bei den gebräuchlichen Arbeitsweisen. So kann beispielsweise bei Verwendung von Triphenylphosphin als Phosphin eine Umwandlung von etwa 80% in einigen 10 Minuten erhalten werden.
Außerdem ist das Verfahren gemäß der Erfindung nicht von der bisher unvermeidlichen Verunreinigung des Polymerisats durch Polymerisate von niederem Molekulargewicht, die in Äther oder Aceton löslich sind, begleitet.
Die als Komponente A des beim Verfahren der Erfindung eingesetzten Katalysatorsystems verwendete Kobaltverbindung kann eine Kobaltverbindung mit einer scheinbaren Wertigkeit von 0 bis zur höchsten Wertigkeit sein. Vorzugsweise werden die anorganischen Säuresalze, Kobalichlorid, Kobaltbromid, Kobaltjodid, Kobaltsulfat, Kobaltsulfid, Kobaltnitrat, Kobaltcarbonat, Kobaltphosphat, Kobaltcyanat und Kobaltthiocyanat, die organischen Säuresalze Kobaltacetat, Kobaltoxalat, Kobaltvalerianat, Kobaltoctenat, Kobaltnaphthenat und Kobaltstearat, und die Komplexverbindungen
Kobaltbisacetylacetonat,
Kobaltbisacetoacetat,
Kobaltbisdiäthylmalonat,
Kobaltbisdimethylglyoxim,
Dicycloptenadienylkobalt,
Bis-1 ,o-cyclooctadienylkobalt,
Kobalttrisacetylacetonat,
Kobalttrisacetoacetat,
Cyclopentadienylkobaltdicarbonyl,
Tri-jr-allylkobalt,
Cyclohexadienkobalt-dicarbonyl,
Dikobaltoctacarbonyl,
DJbutatienkobalttetracarbonyl-oder
Butadienkobalthexacarbonyl
verwendet.
Das als Komponente (B) des beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Katalysatorsystems verwendete Phosphin entjxält als bevorzugte Alkylgruppen oder Cycloalkylgruppen die Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, Hexyl-, Octyl- und Cyclohexylgruppen.
Bevorzugte Beispiele für die Phosphinkomponente umfassen
Trimethylphosphin,
Triäthylphosphin,
Tripropylphosphin,
Tributylphosphin,
Triphenylphosphin,
Trioctylphosphin,
Tricyclohexylphosphin,
Monomethylphosphin,
Dimethylphosphin,
Diäthylphenylphosphin,
pibutylphenylphosphin,
Äthyldiphenylphosphin,
Butyldiphenylphosphin,
Diäthylphosphin,
Äthylphosphin,
Diphenylphosphin,
Monophenylphosphin und
Cyclotetramethylenphenylphosphin.
Die als Komponente (C) des beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Katalysatorsystems verwendete Organoaluminiumverbindung enthält als Al-
kylgruppe z. B. die Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, Hexyl- oder Octylgruppe. Bevorzugte Beispiele für die Organoaluminiumverbindung sind Trimethylaluminium, Triäthylaluminium, Tripropylaluminium, Triisobutylaluminium, Trihexylaluminium, Trioctylaluminium undTriphenylaluminium.
Es ist besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart eines Katalysators durchzuführen, das durch Mischen der Komplexverbindungen aus (A) und (B) mit der Komponente (C) hergestellt worden ist, da deren Menge geringer sein kann als im Falle der getrennten Zugabe der beiden Bestandteile (A) und (B), was darauf zurückzuführen ist, daß die Komplexverbindung in dem Lösungsmittel löslich ist
und auch, da das gebildete Polymerisat einen höheren Prozentsatz an Vinylkonfiguration besitzt.
Bevorzugte Beispiele für eine derartige Kobaltphosphinkomplexverbindung umfassen
Bis-triäthylphosphin-kobaltchlorid,
Bis-triäthylphosphin-kobaltbromid,
Bis-triäthylphosphia-kobaltjodid,
Bis-triäthylphosphin-kobaltthiocyanat,
Bis-triphenylphosphin-kobaltchlorid,
Bis-triphenylphosphin-kobaltbromid,
Bis-triphenylphosphin-kobaltjodid,
Bis-triphenylphosphin-kobaltcyanat,
Bis-tributylphosphin-kobaltchlorid,
Bis-trioctylphosphin-kobaltbromid,
Bis-diäthylphenylphosphin-kobaltbromid,
Bis-äthyldiphenylphosphin-kobaltbromid,
Bis-diphenylphosphin-kobaltchlorid,
Bis-monophenylphosphin-kobaltchlorid,
Bis-tricyclohexylphosphin-kobaltjodid,
Bis-triphenylphosphin-kobaltthiocyanatund
Bis-tributylphosphin-kobaltthiocyanat
Die Komplexverbindungen von Kobalthalogeniden mit Phosphinen werden besonders bevorzugt.
Die Mischungsverhältnisse der Katalysatorkomponenten können willkürlich entsprechend der Arten der Komponenten, der Polymerisationsbedingungen und der Eigenschaften des herzustellenden Polymerisats gewählt werden, wobei jedoch das molare Verhältnis von Co/Al 1 :1 bis 1 :2000 und vorzugsweise 1 :50 bis 1 :1000 beträgt.
Bei Verwendung der unlöslichen Kobaltverbindung wird vorzugsweise eine äquimolare Menge der Verbindung, bezogen auf die Aluminiumverbindung, verwendet.
Der Anteil der Phosphinverbindung beträgt bei Verwendung der Phosphinkomponente in Form einer vorhergehend hergestellten Kobaltphosphinkomplexverbindung 2 Mol je 1 Mol der Kobaltverbindung, wobei jedoch in allgemeinen das Verhältnis der Phosphinverbindung im Bereich von 0,5 bis 100 Mol und vorzugsweise 1,0 bis 50 Mol je 1 Mol der Kobaltverbindung liegt.
Der Anteil an Wasser, das die Komponente (D) des Katalysators darstellt, steht in engem Zusammenhang mit dem Anteil der Organoalumiisiumverbindung. Wenn die Menge an Wasser weniger als 0,25 Mol oder mehr als 1,5 Mol je 1 Mol der Organoaluminiumverbindung beträgt, wird nämlich die Polymerisationsaktivität des Katalysators vollständig eingebüßt oder wesentlich herabgesetzt. So ist die bevorzugte Menge Wasser im Bereich von 0,5 Mo! bis 1,0 Mol je il Mol der Organoaluminiumverbindung. Bei der hier angeführten Menge Wasser ist die Gesamtmenge Wasser, die im Polymerisationssystem vorhanden ist, zu verstehen.
Die Polymerisationsreaktion gemäß der Erfindung kann kontinuierlich oder ansatzweise ausgeführt werden.
Die Menge des in der Polymerisationsreaktion verwendeten Katalysatorsystems beträgt vorzugsweise 0,01 bis 0,5 mMol, bezogen auf die Menge der Kobaltverbindung, je 1 Mol des Monomeren.
Die Polymerisationstemperatur ist im Bereich von vorzugsweise 0° bis 80° C.
Als Kohlenwfisserstofflösungsmittel oder halogeniertes Kohlenwasserstofflösungsmittel, das bei der Polymerisationsreaktic ν oder für die Herstellung des beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Katalysatorsystem verwendet wird, kann ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, z. B. n-Peritan, η-Hexan, n-Hßptan oder Isooctan, ein alicyclischer Kohlenwasserstoff, z. B. Cyclohexan, Decalin oder Tetrahydronaphthalin, ein aromatischer Kohlenwasserstoff, z, B. Benzol, Toluol, Xylol oder Cumol, und ein halogenierter Kohlenwasserstoff, z. B, Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Trichloräthylen, Perchloräthylen, Chlorbenzol, Brombenzol oder Chlortoluol verwendet werden.
ίο jedoch wird im Hinblick auf die Polymerisationsaktivität die Verwendung eines halogenierten Kohlenwasserstofflösungsmittels im allgemeinen bevorzugt
Überdies wird vorzugsweise die Polymerisationsreaktion und die Herstellung des beim Verfahren der
is Erfindung eingesetzten Katalysatorsystems in einer inerten Gasatmosphäre, beispielsweise Stickstoff und Argon, ausgeführt.
Wenn die Polymerisationsreaktion bis zu einer vorbestimmten Stufe fortgeschritten ist, wird die Reaktion durch Zugabe eines Po'ymerisationsbeendigungsmittels unterbrochen. Als hi.Symerisationsbeendigungsmitiel können Wasser, ein Aikohol oder eine organische Säure verwendet werden, wobei jedoch die Verwendung einer Verbindung, die gewöhnlich als Antioxydationsmittel verwendet wird, z. B. Phenyl-0-napnthylamin und 2,6-Di-tert-butyl-p-kresol, erwünscht ist. Wenn die Reaktionsmischung vor dem Zusatz des Antioxydationsmittels mit Luft in Berührung gebracht wird, neigt das Polymerisatprodukt zur Gelierung unter Bildung eines unlöslichen Polymerisats. Nach Unterbrechung der Reaktion wird das so gebildete Polymerisat aus der verbleibenden Reaktionsmischung abgetrennt und durch gebräuchliche Mittel oder Maßnahmen getrocknet, um das gewünschte Polymerisat zu erhalten.
Das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltene Polymerisat besitzt gewöhnlich mehr als 60% an Vinyl-Konfiguration und durch Auswahl der geeigneten Polymerisationsbedingungen kann ein Polymerisat mit mehr als 99% an Vinyl-Konfiguration erhalten werden. Außerdem kann durch die Auswahl der Polymerisationsbedingungen, insbesondere der Art des Phosphins, das erhaltene Polymerisat von einem kristallinen bis zu einem amorphen Material geändert werden. So zeigt das amorphe Polymerisat von hohem Molekulargewicht, das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten wird, ein kautschukähnliches Verhalten, während das kristalline Polymerisat von hohem Molekulargewicht ein harzartiges Verhalten aufweist. Da das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Polymerisat eine gute Wärmestabilität und ferner eine große Anzahl von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen im Molekül besitzt, kann a, im allgemeinen mühelos vulkanisiert werden und ist als Grundpolymerisat eines Pfropfpolymerisats brauchbar.
Ferner kann das aus 13-Butadien nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltene Polybutadien mit einem hohen Prozentsatz an Vinyl-Konfiguration mit natürlichem Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautscbuk oder Cis-M-Polybutadienkautschuk gemischt werden und ist als Grundpolymerisat eines Pfropfpolymerisats sowie als Rohmaterial für die Herstellung von Kunststoffmaterialien von hohem Molekulargewicht mit einer guten Hitzebeständigkeit brauchbar.
In den Beispielen wurde die grundmolare Viskosität
tf (η) in Form eine/ Toluo'lösung bei 30°C bestimmt, und ferner wurde die Mikrosiruktur der Polymerisate durch Infrarotabsorptionsspektren und durch NMR-Spektren gemessen.
Beispiele I und 2 sowie Vergleichsversuch A
Methylenchlorid, 1,3-Butadien, Kobaltbisacetylacetonat, Triphenylphosphin, Triäthylaluminium und Wasser wurden in der angegebenen Reihenfolge in ein '. 100-ml-Glasrohr bei 500C unter einer Stickstoffgasatmosphäre eingebracht, und das Glasrohr wurde verschlossen. Das Gesamtvolumen der Mischung in dem Glasrohr betrug 50 ml, wobei das molare Verhältnis von Al : Co : P : 1,3-Butadien in der Mischung κ 430 : I : 2 : 100 000 betrug, und die Konzentration von 1,3-Butadien in der Mischung 2,0 Mol je I Liter war. während die Wassernienge in der in der nachstehenden Tabelle I angegebenen Weise variiert wurde. Die Polymerisationsreaktion wurde während 18 Stunden bei ι > 10cC unter Rühren ausgeführt.
Am Ende der Polymerisationsreaktion wurde das verschlossene Glasrohr geöffnet und der Inhalt in Methanol, das eine geringe Menge an Vinyl-/?-naphthylamin als Antioxydationsmittel enthielt, gegossen, wodurch die Reaktion unterbrochen und gleichzeitig das so gebildete Polymerisat koaguliert und ausgefällt wurde. Die Ausfällung wurde aus dem System abgetrennt und unter verringertem Druck bei Raumtemperatur getrocknet. Durch Röntgenbeugungsanaly se wurde bestiitigt. daß das Produkt aus Polybutadien bestund, das ein kristallines Verhalten aufweist.
Die Fürgebnisse sind in der Tabelle I aufgeführt.
Tabelle
Beispiel Nr Wasser/M(C-IIi)-, PoIv nieris.ilausbeuk
h/w. Vergleichs (Mnl-Verhiillnis)
versuch <i>
A 0.01 0
I 0.5 1.3
2 1.0 1.8
Mikrixtruktur des l'olymerisals C ) cis-l.-4 lrans-1.4
Vinyl
9.6
5.2
0.5
0.4
89.9 94,4
Die Produkte, nämlich syndiotaktischcs 1.2-Polybiitadien. waren in Benzol und Toluol löslich und enthielten nahezu keine Gele. Die Produkte waren jedoch in Isooctan und Aceton unlöslich.
Beispiele 3 bis
Die in den Beispielen I und 2 beschriebene Arbeitsweise wurde mit der Abänderung wiederholt, daß wasserfreies Kobaltbromid und andere Kobaltverbindungen anstelle von Kobaltbisacetylacetonat verwendet und die Polymerisationsdauer variiert wurde und das molare Verhältnis von Wasser : AlfOHs)} 1.0 betrug. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle Il zusammengestellt.
Tabelle II r„A..rh,n,l,mu dauer
(SId.I
s- Ausbeute
IgI
Vinyl-
Konfiguration
("■)
U.,,v„ ..I
Nr.
Co-(CO),
Co(acac)·.
CoBr:
Tris-,--allylkobalt
Cvclopentadienvlkobaltdicarbonvl
2
1
1
1
2
1.29
1.61
2.23
2.01
1.97
91.6
94.1
92.3
90.4
94.8
3
4
5
6
7
Beispiele 8 und 9 sowie Vergleichsversuch B
Es wurde die gleiche Arbeitsweise wie im Beispiel 5 unter Verwendung von Toluol als Lösungsmittel anstelle von Methylenchlorid wiederholt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle III aufgeführt.
Tabelle III Wasser/
AI(C1H,-);
(Mol-Verhältnis ί
Polymerisations
dauer
(Std.)
Ausbeute
IgI
MikroStruktur (
cis-1.4
M
trans-1.4
Vinyl
Beispiel Nr.
bzw. Ver
gleichsversuch
0.01
0.5
1.0
13
13
13
0
0.43
2.43
10.8
7.8
0
0
89,2
92.2
B
8
9
Beispiele 10 bis 15 sowie Vergieichsversuch C
10
Die Polymerisation von 1,3-Butadien wurde nach der gleichen Ärbe:tsweise wie in Beispiel 1 beschrieben ausgeführt, wobei das molare Verhältnis von Wasser : AI(C2Hs)3 auf 1,0 gehalten und die Menge von Triphenylphosphin variiert wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle IV aufgeführt.
Ta>.»lle IV A Polymerisa- Ausbeute (n) MikroStruktur ( '%) Vinyl
Beispiel Nr. (Mt)I- tionsdiuiev 3,8
bzw. Ver Verhältnis (SKI.) (g) cis-l.-4 trans-1.4 93,5
gieichsversuch 0 2,5 3,34 94,1 2,1 100
C 1.0 16 2,97 2,96 6,1 0,4 94,9
10 2,0 16 1,58 2.72 0 0 95,3
11 3.0 16 2, 74 2,85 4,2 0,9 90,4
12 4,0 16 1.12 2,29 4,7 0 95,0
13 5,0 16 1,46 3,07 9,6 0
14 10,0 16 1,42 2.78 5,0 0
15
Anmerkung (A): Mol-Verhaltnis von Triphenylphosphin : Kohallhisacclyhicelonal.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, daß Triphenylphosphin eine unerläßliche Komponente für die Herstellung von Polybutadien mit einem hohen Gehalt an Vinylseitengruppen ist und daß der Gehalt an Vinyl·Konfiguration nicht wesentlich durch die Änderung der Menge an Triphenylphosphin beeinflußt wird.
Beispiele 16bis 19 sowie Vergieichsversuch D
Die gleiche Arbeitsweise wie in den Beispielen 10 bis 15 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß Kobaltoctenat anstelle von Kobaltbisacetylacetonat verwendet wurcl«·. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle V aufgeführt.
Tabelle V B
(MoI-
Polymerisa
tionsdauer
Ausbeute
' O'
in) MikroStruktur (
.-;«.i λ
lranc-1 Λ Vinyl
Beispiel Nr.
bzw. Ver-
18 2,66 _ 96,0 1,6
0 16 2,95 3,19 6,0 0.2 2,4
D 1,0 16 2,25 2,83 4,6 0,3 93,8
16 2,0 16 1,50 2,40 7,4 0 95,1
17 3.0 16 0,85 1,45 4,5 0 92,6
18 4,0 95,5
19
Anmerkung (B): Mol-Verhältnis von Triphenylphosphin : Kobaltoctenat
Beispiele 20bis25
In ein 100-ml-Glasrohr wurden Methylenchlorid, 13-Butadien, Kobaltbisacetylacetonat, jeweils das in der nachstehenden Tabelle VI angegebene Phosphin, Triäthylaluminium und Wasser in der angegebenen Reihenfolge bei 5° C unter einer Stickstoffgasatmosphäre eingebracht, worauf das Glasrohr verschlossen wurde. Das Gesamtvolumen der Mischung in dem Rohr betrug 50 ml, das molare Verhältnis von Phosphin : Co : Ai: i 3-Butadien war 2:1 :215 : 100 000, und der Gehalt an Kobaltbisacetylacetonat betrug 0,000928 mMol, wobei das molare Verhältnis von Wasser : Al(C2Hs)3 03 :1,0 oder 1,0 :1,0 betrug. Anschließend wurde die Polymerisationsreaktion während 16
Stunden bei 40° C unter Rühren ausgeführt.
Bei jedem Versuch wurde ein kautschukartiges Polybutadien mit einem hohen Prozentsatz an Vinyl-Konfiguration erhalten. Auch durch Röntgenbeugungsanalyse wurde festgestellt, daß das Polymerisat amorph war. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle !V zusammengestellt.
Das so erhaltene 1,2-Polybutadien war in Benzol, Toluol und Isooctan löslich, jedoch unlöslich in Aceton.
11
Tabelle VI
12
Beispiel
Phosphin H2O/
AI(C2H5I3
(Mol-Ver-
hiillnis
Ausbeute
(g)
(C2Hs)1P 0,5 0,31
1,0 0,59
(C2H5J2P(C6H5) 0,5 0,05
1.0 1,46
(CIIOP(C11II,), 0,5 0.72
1,0 1,89
(C6Hn)1P 1,0 1.44
(n-C4II,),P 1,0 1,88
(n-C,H7),P 1,0 1.59
In)
MikroStruktur ("A)
eis-1,4
trans-1,4
Vinyl
0,86
1,22
1,30
1,13
1,07
1,05
26,2
15,2
20,5
16.9
8.8
6.7
17,2
14,8
19,0
0,7
2,2
0,5
2,0
0,2
1,0
0,6
0,7
0,7
73,1 82,6 79,0 81,0 91,0 93,1 82.2 84,5 80,3
Beispiele 26 bis 29 sowie Vergleichsversuche E. F und G
In ein lOO-ml-Glasrohr wurden 17 ml Methylenchlorid, 4,64 ml einer Methylenchloridlösung von Bis-(triphenylphosphin)-kobaltbromid mit einer Konzentration von 1 mMolje Liter, 40 ml einer Methylenchloridlösung von 1,3-Butadien mit einer Konzentration von 1,38 Mol je Liter. 2,02 ml einer Meihylenchloridlösung von Triäthylaluminium mit einer Konzentration von I Mol je Liter und eine vorbestimmte Menge Wasser in der angegebenen Reihenfolge bei 5°C unter einer Stickstoffgasatmosphäre eingebracht, worauf das Glasrohr verschlossen wurde. Die Polymerisationsreaktion wur-
Tabelle VII
de während 20 Stunden bei 100C unter Rühren ausgeführt.
-'"> Am Ende der Polymerisationsreaktion wurde der Inhalt in Methanol gegossen, das eine geringe Menge von Phenyl-^-naphthylamin als Antioxydationsmittel enthielt, wodurch dl·: Reaktion unterbrochen und gleichzeitig das gebildete Polymerisat ausgefällt wurde.
so Die Ausfällung wurde abgetrennt und unter verringertem Druck bei Raumtemperatur getrocknet. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle VII zusammengestellt.
Beispiel Nr. bzw. Vergleichsversuch
H,O/Triäthyl-AI (Mol-Verhältnis)
Ausbeute
(g)
Mikrostrukur (%)
cis-1.4 trans-1,4
Vjnvl
0,01
0,3 0,5 0,8 1,0 2,0
0,20 0,53 0,96 1,10 0
14,7 0,3 85,1
12,4 0 87,6
8,5 0 91,5
6,0 0 94,0
Beispiele 30 bis
Die gleiche Arbeitsweise, wie vorstehend in den minium anstelle von Triäthylaluminium wiederholt. Die Beispielen 26 bis 29 beschrieben, wurde unter Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle VIII Verwendung von Triisobutylaluminium und Trihexylalu- 55 zusammengestellt.
Tabelle VIII Beispiel Aluminiumverbindung
H2OZAl- Polymerisa-Verbindung tionsdauer (Molverh.) (Std.)
Ausbeute MikroStruktur (%)
(g)
cis-14
trans-1,4
Vinyl
30 Triisobutylaluminium 0,5 2 1,48 4,3 0 95,7
31 1,0 2 1,38 7,5 0 92,5
32 Trihexylaluminium 0,5 20 0,23 9,2 0 90,8
33 1.0 20 0.47 10.6 0 89.4
Beispiele 34 bis 1,3-Bi-tndien wurde gemäß dem folgenden Polymerisationsansatz polymerisiert.
Polymerisationsansatz:
1,3-Butadien
Kobalthalogenid-Phosphin-Komplex Triisobutylaluminium Methylenchlorid Wasser/Triisobutylaluminium Polymerisalionstemperatur Polymerisationsdauer
Die F./gebnisse werden in Tabelle IX gezeigt. Tabelle IX
0,1 Mol
0,005 Millimol
2 Millimol
50 ml
1,0 Molarverhältnis
10°C
variiert
Beispiel Cobalthalogcnid- Polymerisa Ausbeute (n) Vinyl
Phosphin-Komplex tionsdauer
Nr. (Min.) (%) 1%)
34 CoBr2(AtIi2P)2 180 80 1,79 99
35 CoBr3(AIh,PhP): 180 78 1,66 95
36 CoBr,(ÄthPh,P): 180 67 2,13 99
37 CoBr2(Ph1P); 15 42 3,12 99
38 CoCI,(Äth,P), 180 81 1,75 99
39 CoC2(Ph1P), 15 28 3,49 99
40 CoJ2(Äth,P), 180 61 1,49 96
41 CoJ2(Ph1P), 60 33 4,04 94
Äth bedeutet Athylgruppe und Ph bedeutet Phenylgruppe

Claims (1)

  1. Patentanspruch;
    Verfahren zur Herstellung von Polybutadien mit einem hohen Gehalt an Vinylseitengruppen durch Polymerisation von 1,3-Butadien in einem gegebenenfalls halogenierten Kohlenwasserstofflösungsmittel unter einem Druck, der ausreicht, um die Reaktionsmischung im wesentlichen in flüssiger Phase zu behalten, und bei einer Temperatur im Bereich von — 200C bis 100° C mittels eines Katalysatorsystems, das durch Mischen von (A) einem Kobaltsalz einer anorganischen oder organischen Säure oder einer Komplexverbindung von Kobalt, (B) einem Phosphin der allgemeinen Formel PR4R5R6, worin die Reste R4, R5 und R6 jeweils eine Alkyl- oder Cycloalkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, eine Phenyl- oder Tolylgruppe oder ein Wasserstoffatom darstellen und (C) einer Organoaluminiumverbindung der allgemeinen Formel AlR7R8R9, worin die Reste R7. R8 und R° jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe bedeuten oder durch Mischen einer Komplexverbindung aus (A) und (B) der allgemeinen Formel CoX2(PR4R5R6^, worin X ein Halogenatom, eine —CN-oder eine — SCN-Gruppe darstellt, und der Komponente (C) bei 0 bis 500C in einem gegebenenfalls halogenierten Kohlenwasserstofflösungsmittel sowie gegebenenfalls in Anwesenheit eines Teils oder der Gesamtmenge des zu polymerisierenden Monomeren unter Einhaltung eines molaren Verhältnisses von Co zu Al von 1 :1 bis 1 :200 hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polymerisation in Anwesenheit eines Katalysatorsystems durchführt, das unter Zusatz von (D) 0,25 bis 1,5 Mol Wasser je Mol der Komponente (C) und bei einem Molverhältnis von Komponente (A) zur Komponente (B) im Bereich von 1 :0,5 bis I : 100 hergestellt worden ist und daß man das Katalysatorsystem in einer Menge verwendet, die 0,001 bis 1 Millimol, bezogen auf die Menge der Kobaltverbindung, je Mol des Monomeren beträgt.
    Für die Herstellung des sogenannten 1,2-Polybutadiene, d. h. eines Butadienpolymerisats mit einem sehr hohen Prozentsatz an Vinyl-Konfiguration unter den drei Konfigurationsarten von cis-l,4-Konfiguration, trans-1,4-Konfiguration und Vinyl-Konfiguration sind die folgenden verschiedenen Arbeitsweisen bekannt:
    (1) Eine Arbeitsweise, bei welcher eine Organometallverbindung eines Alkalimetalls, z. B. Äthyllithium und Isoamyllithium, als Initiator verwendet wird (vgl. »Journal of Polymer Science«, Teil C, Bd. 4, Seite 173 [1963], und »Journal of Polymer Science«, Bd. 61, Seite 155 [ 1962]). Jedoch besitzen derartige anionische Katalysatoren eine geringere katalytisch e Wirksamkeit als die nachstehend angegebenen Ziegler-Katalysatorsysteme. Da diese anionischen Katalysatoren zu einer Beeinflussung durch Verunreinigungen, insbesondere Wasser, neigen, ist es in der technischen Praxis darüber hinaus schwierig, ein Polymerisat von hohem Molekular-
    gewicht zu erhalten und das Molekulargewicht durch einen derartigen Katalysator zu regeln.
    (2) Ein Verfahren, bei welchem ein Ziegler-Katalysatorsystem verwendet wird, das als eine Kompcmente eine Obergangsmetallverbindung enthält Typische Beispiele für derartige Katalysatorsysteme sind folgende:
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