DE1720998C2 - Verfahren zur Herstellung von Polybutadien mit einem hohen Gehalt an Vinylseitengruppen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Polybutadien mit einem hohen Gehalt an VinylseitengruppenInfo
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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.
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
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 | |||||||
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 | |||||||
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
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
12
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)
eis-1,4
trans-1,4
Vinyl
0,86
1,22
1,22
1,30
1,13
1,07
1,05
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
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-
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)
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.
H2OZAl- Polymerisa-Verbindung tionsdauer
(Molverh.) (Std.)
(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)
- 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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