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Neue Blockmischpolymerisate und Polymerisationsverfahren.
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Die Erfindung betrifft ein neues und verbessertes Blockmisclpolymerisat
und neue verbesserte Verfahren zu deren Herstellung.
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Bisher wurden Blockmischpolymerisate unter Verwendung ven zwei verschiedenen
Monomeren, wie einem konjugierten Dien und einer aromatischen Monovinylverbindung,
hergestellt. Mit "Blockmischpolymerisat" ist ein Mischpolymerisat aus zwei verschiedenen
Monomeren gemeint, dessen Mak@omoleküle aus wenigstens zwei Segmenten, von gewöhnlich
linearer Struktur, zusammengeaetzt sind, die jeweils an den Enden miteinander verbunden
sind, wobei ein Segment vorwiegend aus einem Monomeren gebildet ist und ein anderes
Segment vorwiegend aus einem anderen, verschiedenen Monomeren gebildet ist. Wenn
beispiwlsweise
zwal Wonomere A und B verwendet werden, se kann ein
Makromolekül aus diesem Mischpolymerisat durch die Struktur :AAAABBBB dargestellt
werden.
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Es wurde nun gefunden, daß ein blockmischpolymerisat gebildet werden
kann, indem man wenigstens ein Lacton als das eine Monomere und wenigetens ein kenjugiertes
Dien oder eine aromatische Monevinylverbindung als das anders Monouere verwendet
und dabei Lithiumverbindungen als Initiatoren (Katalysatoren) anwendet.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung der
Block@isehpolymerisate, indem man das Monomere oder die Monomeren aus der Klasse
der konjugierten Diene und Monovinyl substituierte aromatische Verbindungen zuerst
polymerisiert, wobei man unter Verwendung dnes Lithium-haltigen Katalysatore beispielsweise
1 bis 100 % Umwandlung erzielt und danach zu dieser Polymerisationersaktionsmischung
wenigstons ein Lacton hinzufügt und die Polymerisation fortsetzt, um 1 bis 100 %
Umwoudlung de@ Lectons oder der Inctone zu erzielen.
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Die Plockwi@chpolymerisate der verliegendon Engindung sind formbare
Materialian, die komyaundiert und geh@rtet werden können und lie @@@@glich der Gesenteigensehaften
ven elastomer bis
plasdtisch achwanken können. Die Blockmischpolymerisate
der vorlieganden Erfindung sind von zähem, lederartigem Charakter und können auf
dem Kautschuk- une Kunststoffsektor für viele Verwendungeswecke eingesetzt werden.
Die erfindungegemäßen Blockmischpolymerisate können zur Herstellung von Fasern und
Filmen verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Blockmischpolymerisate können beispielsweise
zu einem zähen, lederartigen Film, der als Packmaterial brauchbar ist, und zu Bodennatten,
Kautschukschläuchen, Flaschen, Schüeseln, Essenschalen und dgl.
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geformt werden.
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Die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Lactone Können dargestellt
werden durch die Formel :
worin R' Wasserstoff und einen Rest der Formel
bedeutet, und wenn R' der angegebene Rest ist. kein R an das Kohlenstoffatom gebunden
ist, das mit dem Rest verbunden ist, und in der R Wasserstoff, einen gesättigten
aliphatischen, einen gesättigten
cycloaliphatischen, Alkenyl-, Cycloalkenyl-
oder einen aromatischen Rest, oder Kombinationen davon bedeutet, worin n eine ganze
Zahl ist, die 1, 3 oder 4 sein kann und worin die Gesamtzahl an Kohlenstoffatomen
für dis verwendeten Substituenten 1 bis 12 einschließlich ist.
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Zu geeigneten Lactonen gehören ß-Propiolacton, # -Valerolacton, #-Caprolacton
une Lactone der folgenden Säuren : 2-Methyl-3-hydroxypropionsäure, 2-Hydroxynonansäure
oder 3-Hydroxypelargonsäure, 2-Dodecyl-3-hydroxypropionsäure, 2-Cyolopentyl-3-hydroxypropionsäure,
3-Phenyl-3-hydroxypropionsäure, 2-Naphthyl-3-hydroxypropionsäure, 2-n-Butyl-3-cyclchexyl-3-hydroxypropionsäure,
2-Phenyl-3-hydroxytridecansäure, 2-Methylcyclopentyl-3-hydroxypropionsäure, 2-Methylphenyl-3-hydroxypropionsäure,
3-Benzyl-3-hydroxypropionsäure, 2,2-Dimethyl-3-hydroxypropionsäure, 2-Methyl-5-hydroxyvaleriansäure,
3-Cyclohexyl-5-hydroxyvaleriansäure, 4-Phenyl-5-hydroxyvaleriansäure, 2-Heptyl-4-cyclopentyl-5-hydroxyvaleriansäure,
2-Methyl-3-phenyl-5-hydroxyvaleriansäure, 3-Äthylcyclohexyl-5-hydroxyvaleriansäure,
2-Äthylphenyl-4-(cycloäthylbenzyl)-5-hydroxyvaleriansäure, 4-Benzyl-5-hydroxyvaleriansäure,
3-Äthyl-5-isopropyl-6-hydroxycapronsäure, 2-Cyclopentyl-4-hexyl-6-hydroxycapronsäure,
3-Phenyl-6-hydroxycapronsäure, 3-(3,5-Diäthylcyclohexyl)-5-äthyl-6-hydroxycapronsäure,
4-Propylphenyl-6-hydroxycapronsäure, 2-Benzyl-5-isobutyl-6-hydroxycapronsäure,
2,2,4-Trimethyl-3-hydroxy3-pentensäure,
2-Phenyl-6-hydroxy-6-octensäure, 2,2-Di-(1-cyclohexyl)-5-hydroxy-5-heptensäure,
2,2-Dipropenyl-5-hydroxy-5-heptensäure, 2,2-Dimethyl-4-propenyl-3-hydroxy-3,5-heptadiensäure
und dgl. Auch Mischungen aus zwei oder mehreren der obigen Lactone können verwendet
werden.
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In der vorliegenden Erfindung können konjugierte Diene verweneinschließlich
det werden, die 4 bis/12 Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten, beispielsweise
1,3-Butadien, Isopren, 1,3-Pentadien (piperylen), 1,3-Hexadien, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien,
1,3-Octadien, 4-Äthyl-1,3-hexadien, 4-Phenyl-1,3-butadien, 6-Phenyl-1,3-hexadien
und dgl., einschließlich Gemische aus zwei oder mehreren dieser Diene. Die bevorzugten
konjugierten Diene sind Butadien, Isopren und Piperylen.
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In der vorliegenden Erfindung können monovinylsubstituierte aromatische
Verbindungen verwendet werden, die 8 bis einschließlich 12 Kohlenstoffatome pro
Molekül enthalten, beispielsweise Styrol, 3-Methylstyrol, 4-Methylstyrol, 4-Isopropylstyrel,
2,4-Dimethylstyrol, 1-Vinylnaphthalin, 2-Vinylnaphthalin und dgl., einschließlich
Gemisch davon. Die bevorzugte menovinylsubstituierte aromatische Verbindung i ist
Styrol.
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Im Rahmen der vorliegen on Erfindung können auch Comische aus
konjägiekten
Dienen und monovinylsubstituierten aromatischen Verbindungen, z.B. die Gemische
aus Butadien und Styrol, Isopron und Styrol, Butadien, Isopren und Styrol und dgl.
verwendet werden.
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Als Initiator kann in der vorliegenden Erfindung irgendein bekannter
lithiumhaltiger Initiator verwendet werden. Bevorsugte Initiatoren sind solche,
die der allgemeiuen Formel R²(Li)x entsprechen, wenn R² einen Kohlenweserstoffrest
bedeutet, der aus aliphatischen, cycloaliphatischen und aromatischen Besten und
@@mbinationen devon ausgewählt wurde, und in der x eine ganze Zahl von 1 bis 4 einschließlich
bedsutet. Die Gruppe R² besitzt ei@@@@@@@tigkeit, die der gangen Zahl x gleich ist
und enthält TOKZ@ @@eiS@ 1 bis 20 Kohlenstoffatome einschließlich, es ist jedec@
@@@ möglich, Verbindungeu mit hüheron Molakulargewicht zu v@@wendes. Im Rahmen der
obigen Formol gehöron zu geeigneten lit@@ @@@altigen Verbindungen Methyllithium,
Isopropyllithium, n-Butyliithium, tert. - Octyllithium, n-Docyllithium, Phonyllith@
Eaphthyllithium, 4-Eutylphenyllithium, p-Telyllithium, 4-Phexylbutyllithium, Cyclohoxyllithium,
4-Eutylcyclohexyllithium @@yelchexylbutyllithium, Dilithiummethan, 1,4-Dilithiumbut
Dilithiumdecan 1,20-Dilithimmeicosam, 1,4-Dilithiumcycl@@@@@, 1,4-Dilithius-@-buten,
1,8-Dilithium-5-docen, 1,4-@il@th@ @@eneol, 1,5-Dilithiumnapht@alin, 1,2-Dilithium-
1,2-diphenyläthan,
1,5-Dilithiumanthracen, 1,2-Dilithium-1,8-diphenyloctan, 1,3,5-Trilithiumpentan,
1,5,15-Trilithiumeicosan, 1,3,5-Trilithiumcyclohexan, 1,2,5-Trilithiumaphthalin,
1,3,5-Trilithiumanthracen, 1,3,5,8-Tetralithiumdecan, 1,5,10,20-Tetralithiumeicosan,
1,2,3,5-Tetralithiumcyclohexan, 1,2,3,5-Tetralithium-4-hexylanthracen und dgl. Andere
bevorzugte Katalysatoren schließen Reaktionsprodukte von Verbindungen der Formel
R² (Li)x, wie oben angegeben, mit einer divinylaromatischan oder einer trivinylaromatischen
Verbindung ein, die 1 oder 2 Benzolringe oder alkylsubstituierte Benzolringe enthält,
wobei die gesamten Alkylsubstituenten an den di- oder trivinylaromatischen Verbindungen
nicht mOr als 12 Kohlenstoffatome aufweisen.
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Beispiele für vinylaromatische Vorbindungen, die sich für die Umsetzung
mit den Organolithiumkatalysatoren eignen, sind Divinylbenzol, Trivinylnaphthalin,
Divinylbiphenyl und dgl..
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Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Blockmischpolymerisake kann
die Katalysatorkonzentration für die Polymerisation des konjugierten Diens und/oder
der monovinylsubstituierten aromatischen Verbindung in weiten Grenzen schwanken
und liegt im allgemeinen im Bersich von 0,5 bis etwa 20, vorzugsweise.
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von etwa 2 bis etwa 10 g mMole pro 100 g der zu polymerisierenden
Gesamtmonomeren, das sind sowohl alle konugierten Diene und/oder monovinylsubstituierten
aromatischen Monomeren als
auch alle monomeren Lactone. Die Katalysatorkonzentration
wird im allgemeinen nicht verändert, wenn die konjugierten Diene und/oder monovinylsubstituierten
aromatischen Verbindungen im gewünschten Ausmaß polymerisiert worden sind und das
Lacton oder die Lactone für die Polymerisation zugefügt werden. Somit ist der Katalysatorgehalt
zur Polymerisation des konjugierten Diens und/oder der monovinylsubstituierten aromatischen
Verbindung im allgemeinen der Katalysator für das ganze Polymerisationsverfahren.
Im allgemeinen ist die für die Herstellung des erfindungsgemäßen Blockmischpolymerisates
verwendete Menge an Initiator oder Initiatoren so bemessen, deß sie ausreicht, die
Polymerisation praktisch aller zugeführten Monomeren, ob sie nun gleichzeitig oder
nacheinander eingespeist wurden, zu bewirken.
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Die Menge, die von jedem Monomeren zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Blockmischpolymerisate verwendet wird, kann in weiten Grenzen schwanken, im allgemeinen
jedoch liegt die Menge an konjugiertem Dian und/oder monovinylsubstituierter aromatischer
Verbindung im Bereich von etwa 1 bis etwa 99 Gew.-%, während die verwendete Lactonmenge
im Bereich von etwa 1 bis etwa 99 Gew.-% liegt, wobei beide Gawichtsprozentsätze
auf das Gesamtgewicht der Gesamtmonomeren (konjugierte Diene und/oder monovinylsubstituierte
aromatische Verbindungen und Lactone),
die im Polymerisationsverfabren
verwendet werden, bezogen sind.
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Wenn eine monovinylsubstituierte aromatische Verbindung oder -verbindungen
im Gemisch mit einem oder mehreren konjugierten Dienen verwendet werden, so können
in dieses Gemisch die Komponenten in irgendeinem gewünschten Gewichtsverhältnis
eingesetzt werden.
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Die Blockmischpolymerisate der vorliegenden Erfindung werden in einem
zweistufigen Verfahren hergestellt, worin die erste Stufe die Polymerisation des
konjugierten Diens und/oder der monovinylsubstituierten aromatischen Verbindung
ist, wobei man den lithiumein haltigen Katalysator und gegebenenfalls/geeignetes
Verdünnungsmittel verwendet. Die Polymerisation der Monomeren läßt man bis zu irgendeinem
gewünschten Umwandlungsprozentsatz, bis zu sinschließlich 100 % Umwandlung der Monomeren
in Polymerisat, fortschreiten.
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Nachdem der gewünschte Grad en Monomerenumwandlung erreicht ist, kann
alles oder ein Teil des Lacton-Monomeran oder der Monomer@@ der Polymerisationsreaktionsmischung
zugefügt werden und die Polymerisation bis zur gewünachten Umwandlung des @@etonmonom@@an,
einschließlich 100%iger Ümwandlung dieses Monomerec An Polymer @@ sat, fortgefü@rt
wexjen, Es ist wasentlich, daß dax Eonjugiert@ Dien und/oder die me@@o@@re, ar@@@
@@che monavieyl@@@ @indung zu@
erse polymerisiert werden, da angenommen
wird, das das aus konjugiertem Dien und/oder monovinylsubstituierter aromstischer
Verbindung aufgebaute, lithiumhaltige Polymerisat als Katalysator für die Polymerisation
des monomeren Lactons dient, wird dagegen das monomere Lacton zuerst polymerisiert,
so liofert die Lactonpolymerisat-OLi-Struktur keine reaktiven Stellen für die nachfolgende
Polymerisation dan kamjugierten Diens und/oder der monovinylsubstituierten aromatischen
Verbin dung. Es kann daher kein Blockmipolymerisat gebildet werdon, wann das mononere
Lactan zuerst polymerisiert wird.
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Die @@oo@ @schpolymerisate der verliegenden Erfindung können @@@@@@@@@@@@@mon
mehrstufigor Verfahren hergestellt werden, wobei @@@@@@@@@@@@@@@@@s Dien oder eine
aromatische Monavinylverbindung @@@@@@@@@@@@dung des lithiumbaltigen Katalysaters
bis zu prakti@@@@@@@@@@titstiver Umwandlung polymerisiert wird. In jeder @@@@@@@@@@@@@@ge
on stufe kann dann die Zugabe eines anderen konjugi@@@@tem @@@@@@@@@s ader einer
aromatischen Mexevinylvorbi@dung erf@@@@@@@@@@@@@@@is an praktisch quantitativer
Ummadiung pelyme-@@@@@@@@@@@@@@@ das ein zwdiblockaischpelyme@@sat gebildet La@ton
(die Lact@@e) z@@@fügt wird. Die Zugabe @ines Lactorgamis@@@@, @@@@ @@@ zessiver
Inkre-@@@@@@@@@@@@actam@ u@ @@@@@@@@@ymer cation sation stellt @@@@or @@@tufe@ des
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@rers der.
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Nochmals, es ist wichtig, daß das konjugierte Dien oder die Diene
und die monovinylsubstituierte aromatische Verbindung oder Verbindungen zuerst polymerisiert
werden, die Gründe hierfür wurden oben angegeben. Mit dem obigen Verfahren wird,
nachdem das Lacton polymerisiert ist, ein Mischpolymerisat erzeugt, das 2 oder mehrere
Blöcke enthält, z.B. ein Terpolymerisat, das einen Polystyrolblock, einen Polybutadienblock
und Polylactonblock enthält. Die Reaktionstemperatur jeder Stufe liegt im Bereich
zwischen -29°C bis +149°C (-20 bis + 300°F), vorzugsweise bei -1 bis +121°C (30
bis 250°F). Der Druck wird genügend hoch gehalten, damit die Reaktionsmischung im
wesentlichen flüssig bieibt.
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Die Blockmischpolymerisate der vorliegenden Erfindung können auf übliche
Weise gewonnen werden, beispielsweise durch Desktivierung des Katalysators, durch
Zugabe von Alkohol oder von anderen bekannten Deaktivierungemitteln, Abtrennen des
Polymerisates von der Lösung, beispielsweise durch Verdampfen des Verdünnungsmittels,
wobei das polymer@ Produkt zurückbleibt, und Trocknen des Polymerisates. Dis Blockmischpolymerisate
können auf übliche Weise mit üblichen Zusätzen, wie Ruß, Pigmenten, Antioxydantien,
und anderen bekannten Stabilisatoren kompoundiert werden.
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Beispiel 1 Ein Blockmischpolymerisat mit einem ersten Block aus einem
Butadienhomopolymerisat und einem zweiten Block aus einem 6-Caprow lactonpolyester
wurde in einem zweistufigen Verfahren hergestellt, wobei man n-Butyllithium als
Polymerisationskatalysator verwendete.
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Rezeptur : Tabelle 1 Stufe 1 : Cyclonexan, Gew. - Teile 780 1,3-Butadien,
Gew.-Teile 50 n-Butyllithium, mhm* 5 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden
1 Umwandlung, % 100 Stufe 2 : #-Caprolacton, Gew. - Teile 50 Temperatur, °C (°F)
70 (158) Zeit, Stunden 24 Umwandlung, % 100 * mhm = Gramm mMole pro 100 Gramm Monomere
Zuerst wurde Cyclohexan in den Reaktor eingefüllt. Anschließend wurde der Reaktor
mit Stickstoff gespült, danach wurde das Butadien
zugefügt und
dann das Butyllithium. Die Temperatur wurde auf 709C (158°F) eingestellt und nach
t Stunde war die Polymerisation des Butadiens im wesentlichen beendet. Die Reaktionsmischung
wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, Caprolacton zugefügt, die Temperatur auf 70°C
(158°F) eingestellt und die Mischung 24 Stunden lang gerührt, wobei das Caprolecton
während dieser Zeit polymerisierte. Das Gemisch wurde abgekühlt und ungefähr 1 Gew.-Teil
2,2'-methylen-bis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol) pro 100 Gew.-Teile Polymerisat
wurde in Form einer 10 Gew.-%igen Lösung des Antioxydationsmittels in einem Gemisch
gleicher Volumteile Isopropylalkohol und Toluol hinzugefügt. Das Polymerisat wurde
durch Verdampfung des Verdünnungsmittels gewonnen Ein Homopolymerisat aus Butadien,
hergestellt durch Polymerisation von Butadien unter Verwendung von n-Butyllithium
als Initiator, mit einem Mooney-Wert von 45 (ML-4 bei 100°C [212°F]) für das Polybutadien
wurde mit Poly-(#-caprolacton) vermischt.
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zur Herstellung der Mischung wurden 10 g von jedem Polymeren verwendet.
Die Proben wurden in kleine Stücke geschnitten, 200 ml Chloroform wurden zugefügt,
und das Gemisch wurde 18 Stunden lang bei 70°C gerührt. Das gesamte Naterial wurde
gelöst, anschließend wurde das Lösungsmittel verdampft.
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Das Poly-(#-caprolacton) wurde wie folgt hergestellt :
Tabelle
II Cyclohexan, Gew.-Teile 780 #-Caprolacton, Gew.-Teile 100 n-Butyllithium, mhm*
10 Temperatur, °C (°F) 5,0 (41) Zeit, Stunden 75 Umwandlung, % 100 * = Gramm mMol
pro 100 Gramm Monomeres.
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Ein zähes, lederartiges Polymerisat wurde beim Verdampfendes Verdünnungsmittels
erhalten.
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Proben des Blockmischpolymerisates (je 4 g) und auch der Polymerisatmischung
(je 5 g) wurden getrennt mit 200ml Aceton behaudelt, indem man die Mischungen etwa
15 Stunden lang bei 70°C rührte. Andere Proben wurden auf gleiche Weise mit Cyclohexan
behandelt.
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Die Gemische wurden auf Eistemperatur abgektihlt undfiltriert, um
ungelöstes Material zu entfernen. Das gelëste Material wurde aus den Lösungen durch
Verdampfen des Lösungsmittels gewonnen.
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Das gewonnene, gelöste Material wurde gewogen und die extrahierten
Prozente errechnet. Man erhielt folgende Ergebnisse :
Tabelle III
Probe Lösungsmittel % extrahier Mischung Aneton 54 Blockmischpolymerisat Aceton
8,3 Mischung Cyclohexan 40 Blockmischpolymerisat Cyclohexan 98 Polybutadien ist
in Cyclohexan löslich und Poly-(#-caprolecton) ist in Aceton löslich. Dee Werte
zeigen, daß es einen wesentlichen und signifikanten Unterschied der Löslichkeitseigenschaften
zwischen der Mischung und dem Blockmischpolymerisat gibt, wodurch bestätigt wird,
daß ein grundlegender struktureller Unterschied zum Blockmischpolymerisat besteht.
Das Filtrat war trübe, Dies weist auf die Anwesenheit eines Blockmischpolymerisates
hin (Ceresa, Block and Graft Copolymers, Seite 140, veröffentlicht von Butterworth
and Company, Ltd.
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(1962)).
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Beispiel 2 Blockmischpolymerisate wurden aus Butadien und #-Caprolacton,'
unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, hergestellt,
d.h. der Polybutadienblock wurde zuerst hergestellt und dann wurde das Caprolacton
zugefügt
und polymerisiert. Zwei Ansätze wurden unter Anwendung
verschiedener Butyllithiumgehalte durchgeführt. Jedes der Polymerisate wurde kompoundiert.
Die Massen wurden 30 Minuten lang bei 153°C (307°F) gehärtet und die Zugfestigkeit
und Elongation wurden bestimmt. Man verwendete folgende Polymerisationsrezeptur
und erhielt die folgenden Ergebnisse : Tabelle IV 1 2 Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-%
780 780 1,3-Butadien, Gew.-% 50 50 n-Butyllithium, mhm* 3 4 Temperatur, °C (°F)
70 (158) 70 (158) Zeit, Stunden 1,5 1,5 Umwandlung, % 100 100 Stufe 2 : #-Caprolacton,
Gew.-Teile50 50 Temperatur, °C (°F) 70 (158) 70 (158) Zeit, Stunden 24 24 Umwandlung,
% 100 100 Zugfestigkeit, kg/om² (@@@) (1) 70 (1120) 52 (740) Elongation, % (1) 430
310 * = wie in Tabelle 1 (1) = ASTM D 412-62T
Die Produkte sind
von lederartiger Beschaffenheit und sind auch ein wenig elastisch. Die Polymerisate
wurden nach der folgenden Rezeptur kompoundiert : Tabelle V Gew, -Teile Polymerisat
100 Zinkoxyd 3 Stearinsäure 2 Schwefel 1,75 N-Cyclohexyl-2-benzthiazol-sulfenamid
1 Beispiel 3 Zur Herstellung von Blockmischpolymerisaten wurden verschiedene Verhältnisse
von Butadien und 6-Caprolacton verwendet. Das Verfahren war im wesentlichen das
gleiche wie das in Beispiel i beschriebene. Das Lösungsmittel war Cyclohexan, os
wurden 780 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile Monomere ongewendet. Der n-Butyllithiumgehelt
betrug 5 g mNol pro 100 g Monomere. Die erste Stufe des Verfehrens wurde zur Herstellung
des Polybutadienblockes bei 7000 (180P) 90 linuten lang durchgeführt. Nach der Zugabe
des E-Caprolactons wurde die Polymerisation 24 Stunden lang bei 50°C (122°F) fortgesetzt.
Man erhislt die folgenden Ergebnisse :
Tabelle IV Ansatz Butadien,
#-Caprolacton, Umwan Gew.-Teile Gew.-Teile % (1) 1 30 70 78 2 50 50 94 3 70 30 89
(1) = bezogen auf die Gesamtheit der eingesetzten Monomeren.
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In allen Fällen wurden Blockmischpolymerisate gebildet. Wenn diese
Massen nach einem Kautschukrezept gehärtet werden, so ist das Polymerisat aus Ansatz
1 ein lederartiges Produkt, während Proben mit wenigstens 50 Gew.-% Butadiengehalt
elastomer sind.
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Mit zuneghmendem Butadiengehalt nimmt dis Elastizität der Produkte
zu.
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Beispiel 4 Zwei verschiedene Dilithiumkatalysatoren wurden zur Herstellung
von Blockmischpolymerisaten aus Butadien und #-Caprolacton verwendet, der eine wurde
durch Umsetzung von Lithium mit Methylnaphthalin und Isopren hergestellt, wobei
man das Produkt mit Butadien löslich machte (LIMI-B) und der andere war ein Lithium-Stilbenaddukt.
Die Produkte enthielten einen zentralen Block aus lj091"'Pjp1018" P", iBSi 49.PJ88tgf:e
BL,p"Fi ZQ PQ -pg&g:galLQIO
ton). Man verwendete folgende Polymerisationsrezeptur
und erhielt die folgenden Ergebnisse : Tabelle VII 1 2 Stufe 1 : Cyclohexan, Gew.-Teile
780 780 1,3-Butadien, Gew.-Teile 50 50 LIMI-B, mhm* 6 -Lithium-Stilbenaddukt, mhm*
- 6 Temperatur, °C (°F) 50 (122) 50 (122) Zeit, Stunden 1,5 1,5 Stufe 2: Tetrahydrofuran,
Gew.-Teilo 35 35 #-Caprolacton, Gew.-Teile 50 50 Temperatur, °C (°F) 50 (122) 50
(122) Zeit, Stunden 20 20 Umwandlung, %(1) 92 88 (1) = bezogen auf die Gesamtheit
der eingesetzten Monomeren = = wie in Tabelle I und II Das mit Butadien löslich
gemachte Lithiummethylnaphthalin-isoprenaddukt wurde wie folgt hergestellt:
Tabelle
VIII Lithiumdraht, g 2 Methylnaphthalin, ml 14,2 Diäthyläther, ml 47 Temperatur,
°C (°F) -30 (-22) Zeit, Stunden, 68 Lithium und Methylnaphthalin wurden 68 Stunden
lang miteinander umgesetzt, danach wurde die Temperatur auf 5°C (41°F) erhöht, 12
ml Isopren zugefügt und die Umsetzung 1 Stunde lang weitergeführt.
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Insgesamt fügte man 50 ml Butadien in Anteilen von je 10 ml in 20
Minutenintervallen hinu. Nach Zugabe des letzten Anteiles wurde die Umsetzung noch
20 Minuten lang fortgesetzt. Titration eines Anteiles der Resktionsmischung mit
0,1 n-HCl ergab eine Molarität von 1,06.
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Das Lithium-Stilbenaddukt wurde nach dem folgenden Rezept hergestellt:
Tabelle IX Lithiumdraht, g-Atom 0,08 trans-Stilben, Mol 0,03 Diäthyläther, ml 90
Tetrahydrofuran, ml 10 Temperatur, °C (°F) 50 (122) Zeit, Stunden 1
Die
durch Titration mit 0,1 n-HCl bestimmte Molarität der Reaktionemischung betrug 0,383.
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Beispiel 5 Homopolymerisate aus Butadien und #-Caprolacton wurden
unter Verwendung des gleichen Katalysatorgehaltes in jedem Ansatz hergestellt. Die
Rezepte für die Polymerisation sind die folgenden : Tabelle X 1 2 Cyclohexan, Gew.-Teile
780 780 1,3-Butadien, Gew.-Teile 100 -#-Caprolacten, Gew.-Teile - 100 n-Butyllithium,
mhm « 8 8 Temperatur, °C (°F) 70 (158) 70 (158) Zelt, Stunden 1,5 25 Umwandlung,
% 100 100 * = wie in Tabelle I und II.
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Zuerst wurde Cycloheran in den Reaktor eingefüllt. Dar Reaktor wurde
dann mit Stickstoff gespült, worauf das Monomere und dann das Butyllithium zugefügt
wurde. Jode Roaktion wurde durch die Zugabe von etwa 1 Gew. - Teil 2,2'-methylen-bis-(4-methyl-6-tertbutylphenol
)
pro 100 Gew.-Teile Polymerisat beendet, das als 10 Gew.-%ige Lösung des Antioxydationsmittels
in einem Gemisch gleicher Volumteile Isopropylalkohol und Toluol zugegeben wurde.
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Das Produkt aus Ansatz 1 war flüssig. Es wurde durch Verdampfung des
Verdünnungsmittels gewonnen. Das Polymerisat wurde anschließend getrocknet.
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Das Produkt aus Ansatz 2 war eine Festsubetanz. Mit der Bildung des
Polymerisates fiel es aus der Reaktionsmischung aus. Beim Abschluß der Polymerisation
wird in Anschluß an 4ie Zugabe des Antioxydationsmittels das Verdünnungsmittel abgegossen
und Chloroform zugefügt, um das Polymerisat zu lösen und aus dem Reaktor zu entfernen.
Das Chlorofrm wird anschließend verdampft und das zurückbleibende Polymerisatprodukt
getrocknet.
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Dieses Polymerisat war eine zähe, lederartige Festsubstanz.
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Diese Werte zeigen, daß bei diesem Katalysatorgehalt ein flüssiges
Polymerisat bei der Polymerisation des konjugierten Dienes erhalten wurde und ein
festes Polymeriszt aus der Polymerisation des Lactons.
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Ein Blockmischpolymerisat mit einem ersten Block aus Polybutadien
und einem zweiten Block aus #-Caprolacton wurde gemäß
der vorliegenden
Erfindung hergestellt, wobei man n-Butyllithium als Katalysator verwendete. Die
Rezeptur: Tabelle XI 3 Stufe 1 : Cyclohexan, Gew.-Teile 780 1,3-Butadien, Gew.-Teile
50 n-Butyllithium, mhm# 4 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden, 1,5 Umwandlung,
% 100 Stufe 2 : #-Caprolacton, Gew.-Teile 50 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit,
Stunden 25 Umwandlung, % 100 * = wie in Tabelle I und II.
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Die Umsetzung wurde durch Zugabe einer Lösung des Antioxydationsmittels
wie in Ansatz 1 und 2 beendet, das Produkt wurde in Ieopropylalkohol koaguliert,
abgetrennt und getrocknet. Man erhielt eine weiße Festsubstanz mit homogenem Aussehen.
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In diesem Ansatz entsprach der Katalysatorgehalt 8 g XMol pro
für
jede Stufe 100 g Monomeres, der gleiche, wie er für die Herstellung eines jeden
Polymerisates der Ansätze 1 und 2 verwendet wurde, In Stufe 2 war der Katalysator
Polymerisat-Li anstelle von Butyllithium. Dieser Katalysatorgehalt lieferte einen
flüssigen Polybutadienblock und einen festen Poly-(#-caprolacton)-block.
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Es wurde ein Versuch unternommen, eine Lösungsmischung der Produkte
der Ansätze 1 und 2 der Tabelle X herzustelle. Je 20 g des flüssigen Polybutadiens
und des festen Poly-(#-caprelactons) wurden mit 400 ml Chloroform in ein Gefäß gegeben
und 24 Stunden leng bei 70°C (158°F) gerührt. Bei dieser Behandlung lösten sich
beide Polymerisate. Das Chloroform wurde verdampft und das zurückbleibende Material
in einem Ofen getrocknet. Mit dem flüssigen Polybutedien, das einen Überzug auf
der Oberfläche des festen Poly-(#-caprolactons) bildete, sah das Produkt wie ein
trennbares Gemisch von Homopolymerisaten aus. Das Produkt war kein homogenes Material,
das Zugfestigkeits- oder Elongationswerte liefern würde, die sich von denen des
festen Poly-(#-caprolactons) selbst stark unterscheiden würden. Aus diesem Test
ergibt sich, daß die beiden Polymerisate nicht verträglich sind. Dies zeigt, daß
das aus den Mischverfahren von Ansatz 1 und 2 der Tabelle x hervorgegangene Produkt
von dem in Ansatz 3, Tabelle XI, hergestellten Blockmischpolymerisat vollkommen
verschieden war.
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Da sich herausgestellt hatte, daß flissiges Polybutadien und festes
Poly-(#-caprolacton) unvertriglich waren, wurde eine Mischung aus kautschukartigom
(festem und nicht flüssigem) Polybutadien mit einem Mooney-Wert von 45 (ML-4 bei
100°C (212°F)) und dem festen Poly-(#-caprolacton) les Ansatzes 2, Tabelle X, hergestellt.
Dieses kautschukartige Polybutadien vertrug sich besser mit dem festen Poly-(#-caprolacten),
15 g eines jeden Homopolymerisates wurden zu 400 ml Chloroform hinzugefügt, die
Mischung wurde 18 Stunden lang bei 70°C (158°F) gerührt. Beide Polymerisate lösten
sich bei dieser @ehandlung. Das Chloroform wurde verdampft und das Gemisch in einem
Ofen getrocknet. Dieses Gemisch wird als Ansats 4 bezeiemet.
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Die in Ansatz 4 hergestellte Mischuns und das Blockmischpolymerisat
aus Ansatz 3, Tabelel XX, wurden kompoundiert. Die Massen wurden 30 Minuten lang
bei 152°C (307°F) gehärtet und die Zugfestigkeit und Elongation bestimat. Die Kompoundierungarezeptur
und die Ergebnisse der physikalischen Tests sind nachfolgend wiedergegeben :
Tabelle
XII Blockmischpoly- Polymerisatmerisat Ansatz 3 gemisch, Tabelle XI Ansatz 4 Kompoundierungsrezepte,
Gew.-Teile Polymerisatprobe 100 100 Zinkoxyd 3 3 Stearinsäure 2 2 Schwefel 1,75
1,75 N-Cyclohexyl-2-benzthiazolsulfenamid 1,0 1,3 Physikalische Eigenschaften Zugfestigkeit,
kg/cm² (psi) (1) 56 (803) 37 (530) Elongation, % (1) 210 65 (1) = ASTEM D 412-62T
Der konjugierte Dienblock verlieh dem Blockmischpolymerisat elastomeren Charakter
und machte es auch Tulkanisierbar. Poly-(#-caprolacton) ist, zäh, nicht vulkanisierbar
und kann kalt verstreckt werden, hat jedoch nicht die Gewinnungscharakteristika
von Elastomeren.
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Beispiel 6 Ein Blockmischpolymerisat mit einem ersten Block aus einem
Styrolhomopolymerisat, einem zweiten Block aus einem Butadienhomopolymerisat und
einem dritten Block aus einem #-Caprolactonpolyester
wurde in einem
dreistufigen Verfahren herg sek. - Butyllithium als Katalysator verwende Tabelle
XIII Stufe 1 : Cyclohexan, Gew. - Taile 780 Styrol, Gew.-Teile 25 sek.-Butyllithium,
mhm* 4 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 1 Stufe 2 : 1, 3-Butadien, Gew.-Teile
50 Temperatur, °C (°F) 70 Zeit, Stundan 1,5 Stufe 3 : #-Caprolacton, Gew. - Teile
25 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24 nhm = Gramm mMol pro 100 Gramm
Monomore Die Matorialien wurden in der folgen@en Reihenfolge eingefüllt : Cyclohexen,
Styrol, sek. - Butyllithium, 1,3-Butadien, #-Caprolacton. Die Polymerisation wurde
durch Zugabe eines Gew.-Teiles 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert. - butylphenol)
pro 100 Gew.-Teile Polymerisat b@endet, wobei man eine 10 Gew.-%ige Lösung
des
Antioxydatiensnittels in Ieoprepylalkchol verwendete. Das Polymerisat wurde durch
Keagulation in Isopropylalkohol gewonnon.
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Das Polymerisat war fest und Teste lieferten die folgenden Ergebnisse
: Tabelle XIX Umwandlung, bezegen auf das Gesa@tgewie aller drei Monomeren, % 91
Zugfestigkeit, kg/cm² (psi) (1) 298 (4240) Elongation, % (1) 1490 (1) = ASTM D 412-62T
Gemäß einer weiteren Ausführungsfoxß der verliegenden Erfindung können Mischpolymerisate,
einschließlich Block- und Pfropfmischpolymerisate, aus eines Polymexisat gebildet
werden, das wenigstens eine C M Gruppe emibült, werin M ein Alkalinotall, vorzugsweise
Lithium, ist und C ein Kohlenstoffatom bedeutet, indem mau zuerst das Polymerisat
mit einem Alkenoxyd mit einer oder mahreren Oxixangrauppen, eines Aldehyd, einem
Epoxyaldehyd, einem Polyaldehyd, einem Keton oder einem Epoxyketon umsetzt und dansch
das so gehildete Reaktionsprodukt
mit wenigstens einem Lacton unter
Polymerisationsbedingungen für das Lacton in Berührung bringt. Durch dieses Verfahren
wird wanigstans ein Lactonpolymerisatsegment an das erste (Basis) Polymerisat gebunden
und dadurch das endgültige Mischpolymerisat hergestellt.
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Überraschanderweise wurde gefunden, daß nach dem obigen Verfahren
Umwandlungen von 75 bis 90 % oder mehr in das fertige Mischpolymerisat exzielt werden,
was bei relativ niedrigen Katalysatorgehalten chne die Anwerdung der Alkenoxyd-,
Aldehyd-, Epoxyaldehyd-, Polyaldehyd-, Keten-, oder Epoxyketonreaktionsetufe nicht
müglich war.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Polymerisat in ein Block-
oder Pfropfmischpolymerisat umgewandelt werden oder ein Block- oder Pfropfmischpolymerisat
kann hergestellt werden, indem man zuerst ein oder mehrere Monomore so polymerisiert,
daß das entstehsnde Homopolymerisct oder -mischpolymerisat eine oder mehrere der
C-M-Gruppen euthält und dieses ontstandene Homopolymerisat oder -mischpalymerisat
anschließend in das gewünschte, oben beschriebeno fertige Mischpolymerisat umgewandelt
wfrd.
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Gomäß der vorliegenden Erfindung kann praktisch jedes Polymerisat,
das wenigstans eine -C-M- Gruppe pro polymeres Molskül
enthält,
worin M ein Alkalimetall, verzugsweise Lithium, ist, verwendet werden. Die C-M-Gruppe
kann en das Ende der Polymerisatmoleküle gebracht warden, d.h. endstäudig sein,
oder antlang diesem Molekül, d.h. zwischenständig, angebracht sein oder auf beide
Arten untergebracht sein, wenn mehr als nine derartige Gruppe an einem einzigen
Polymerisatmolekül vorhanden ist. Wenn mehr als eine derartige Gruppe vorhanden
ist, ao können sie auch alle sowehl andständig als such zwischenständig als auch
gemischt untergebracht sein. Es kann ein bevorzugtes Basiepolymerisat vorgeschrieben
sein und dann in das Endmischpolymerisat umgewandelt werden, oder das Herstellungeverfahren
für das Endmischpolymerisat kann mit der Herstellung des Basispolymerisates beginnen,
das, sebald es hergestellt ist, in das gewünschte Endmischpolymerisat umgewandelt
wird. Das Endmischpolymerisat kann eine Blockstruktur besitzen, falls eine endständige
C-M-Gruppe verhanden ist oder sine Pfropfstruktur, falls eine zwischenständige C-M-Gruppe
vorhanden ist, oder es kann ein Gemisch derartiger Strukturelemente besitzen, wenn
ein Gemisch von endständigen und zwischenständigen Gruppen vorliegt.
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Bevorzugte Polymerisate aus verschiedenen Monomeren, einschließlich
den oben genannten konjugierten Dienen und monovinylsubstituierten aromatischen
Verbindungen, können auch nach anderen
bakannten Verfahren in ein
Polymerisnt ungewandalt werden, das die erforderlichon C-M-Gruppen onthält. Beispielsweise
kann ein polymerer Eohlenwasserstoff (z.B. Pelybutadien), der entweder Allyl- oder
Eanzylwasserstoffatone enthält, mit einer Alkyllithiumjverbindung (z.B. n-Butyllithium)
metalliert werden, indem man das Polymerisat mit der Alkyllithiumvarbindung bei
einer Temperatur im Bereich von 25 bis 200°C 2 Minuten bis 50 Stunden lang umsetzt
und dadurch ein Basispolymerisat mit einer oder mehreren zwischenständigen -C-M-Gruppen
pro Polymerisatmolekül herstellt.
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Das Basispolymerisat, entweder vergebildet oder in situ gebildet,
kann dann mit einar Oxiranverbindung, die 1 bis 10 Oxirangruppen einschließlich
enthält, umgesetzt werden. Geeignete Oxiranverbindungen sind beispielaweiso Verbindungen
der Formel
worin jeder R³-und R4-Rest Wasserstoff, Halogen (vorzugsweise Chlor, Brom und Jod),
Alkyl, Axyl, Alkeryl, Aralkyl und Cycloalkyl bedeuted und ein R³-und ein R4-Rest
zusammen einen Alkylonrest bilden können. Andere geeignete Verbindungen werden
durch
die folgende Formol dargestellt :
worin R5 einen Alkylenrest mit 1 bis einschließlich 10 Kohlenstoffatoman, t eine
ganze Zahl 0 oder 1 und wenn t = 1 istk, so ist und in der R5 ein Alkylenrest,/
p eine ganze Zahl von 1 bis 5, q sine ganze Zahl von 0 bis 5 bedeuten, und die Verbindung
nicht mehr als 60 Kohlenstoffatome pro Molekül enthält. Die verwendeten Oxirauvorbindungen
besitzen 2 bis 60 Kohlenstoffatome pro Molekül.
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Zu geeigneten Oxiranverbindungen gehören Epichlorhydrin, Äthylenoxyd
Propylenoxyd (1,2-Epoxypropan), Butylenoxyd (1,2-Epoxybutan und 2,3-Epoxybutan),
1,2-Epoxypentan, 1,2-Epoxy-3-methylbutan, 2,3-Epoxy-3-methylbutan, 1,2-Epoxy-2,4,4-trimothylpentan,
1,2-Epoxycyclohexan, 1,2-Epoxycyclooctan, 1,2-Epoxy-4-cyclohexylpenten, 1,2-Epoxyoctadecan,
1,2-Epoxydicosan, Styroloxyd, 1,2-Epoxytriacontan, 1,2-Epoxy-2-cyclohexyl-butan,
3,4-diäthylhexan, 3,4-Epoxy-3-äthyl-4-phenylhexan, 1,2-Epexy-2-(p-tolyl)-butan,
2,3-Epoxy-3-methyl-2-benzylpentan, 1-Brom-2,3-epoxypropan, 1,5-Dichlor-2,3-epoxypentan,
2-Jod-3,4-opoxybutan, 2,3:5,6-Diepoxyhexahydro
-4,7-methanoindan,
1,2:8,9-Diepoxy-p-menthan, 1,2:4,5:7,8-Triepoxyoctan, 1,2:4,5:7,8:10,11:13,14:16,
17-Hexaepoxyeicosan, Glycerin-1-(9,10:12, 13:15,16-triepoxyectadecancat)-2-(9,10:12,
13-diepoxyoctadesanost)-3-(9,10-epoxyoctadecaneat), Glycarin-tris-(9,10:12,13:15,16-triepoxyectadeconet).
Glyeerin-tris-(9,10: 12, 13-diepoxyactadecanoat), Glyecrin-tris-(9,10-spoxyectadeeanoat)
und dgl.
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Die verwendbaren aledhyde warden durce die Formel
repräsentiert, worin R6 Wassernteff, einen eliphatischen, cycloaliphatischen oder
aromatischen Kohlenwasserstoffrest und Kombinationan davon wie Alkaryl, Aralkyl
and dgl. bedeutet und die Reste und deren Kombinationon 1 bis einschließlich 20
Kohlenstoffatome enthalten. R6 ist vorzugewaise Wasserstoff oder ein aliphatischer
Rest mit 1 bis einschließlich 10 Kohlenstoffatomen.
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Gesignete Aldehyde sind beispielswoise Benzaldehyd, Acetaldehyd, Decanal,
Eicosanal, 2-Phenylbutanal, Propanal, Cyclohexancarboxaldehyd, Pentanal, 3-Pehnylcyclohexancarboxaldehyd,
3-Methylbenzaldehyd, 4-Cyclohexylbenzaldehyd, Formaldehyd und dgl.
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Epoxyaldehyde, die im vorliegenden Verfahren verwendet werden können,
sind cyclische oder acyclische Verbindungen mit 3 bis cinschließlich 20 Kohlenstoffatomen
pro Molekül, besitzen 1
bis einschließlich 6 Oxirangruppen (das
sind
pro Molekül und haben 1 bis einschließlich 6 Formvlgruppen ( das sind
O-Gruppen) pro Molekül.
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Geeignete Epoxyaldehyde sind beispieleweise Glycidaldehyd, (2,3-Epoxypropanal),
2,3-Epoxycyclohexancarboxaldehyd, 2,3-Epoxybutanal, 2,3-Epoxyeicesanal, 2,3:5,6:8,9:11,
12; 14, 15; 17, 18-Hexaepoxyeicosanal, 2,3-Epoxy-1,4,5,7,9,11-tridecanhexacarboxaldehyd,
2-Benzyl-8-phenyl-3,4;6,7-diepoxy-1,2,8-nonantricarboxaldehyd, 4,5;6,7-Diepoxy-1,2-cyclooctandicarboxaldehyd,
3-Phenyl-2,3-epoxypropanal, 4,4-Dicyclohexyl-2,3-epoxybutanal, 5-Phenyl-3,4-opoxycyclohexancarboxaldehyd
und dgl.
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Die verwendeten Polvaldehvde können Polvmere der oban angegebenen
Aldehyde der Formel
ein, diese Polymeren sind cyclisch oder linear und enthalten 2 bis einschließlich
10 Aldehydmoleküle pro Polymermolekül.
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Beispiele für geeignete Polyaldehyde sind dimere, trimere, tetramere
und höhere Polymere der Aldehyde wie 1,3,5-Trioxan, 2,4,6-Triäthyl-1,3,5-trioxan
und 2,4,6-Trimethyl-1,3,5-trioxon.
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Ketone. die man im der vorliegondon Erfinjdung verwenden kann.
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GE iJ-r LJ¼
R7 und R8 aliphatische, cycloaliphatische oder arometische
Kohlenwasserstoffreste und Kombinationon davon, wie Alkaryl und Aralkyl und dgl.,
bedeuten und die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in jeder R7- und R8-Gruppe 1 bis
singchließlich 20 Kohlenstoffatome boträgt, die G@@amtzahl der Kohlenstoffatome
im Keton 3 bis einechließlich 21 Kchlenstoffatome boträgt und eine R7- und eine
R8-Gruppe zusummen einen Alkylenrest bilden können.
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Beispiele für gesignete Ketone sind Aceton, 11-Heneicosanon, Acetophenon.
Benzophenon, Acetylcyclohexan. Cyclopentylketon, 1-Cyclooctyl-2-methyl-1-butanon,
1-Phenyl-5-cyclohexyl-3-pentanon, 2-Butanon, 3-Decanon, 2,4-Dimethyl-3-heptanon,
Cyclohexanon, Cyclododecanon, 3-Phenylcyclooctanou, Cyclopentanon und dgl.
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Epoxyketone, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können,
sind cyclische oder acyclische Verbindung en mit 4 bis einschließlich 20 Kohlenstoffatomen
pro Molekül und besitzen 1 bis einschließlich 6 Carbonylgruppen pro Molekül und
haben 1 bis einschließlich 6 Oxirangruppen pro Molekül.
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Zu geeigneten Beispielen für Epoxyketone gehören 2,3-Epoxy-5-hexanon,
2,3;4,5-Diepoxycfyclooctanon, 2,3-Epoxy-4,6,8,10,12,14-eicosanhexanon, 3,4;6,7;9,10;12,13;15,16;18,19-Hexaopoxy-2-eicosanon,
2-Phenyl-4,5-epoxy-3-decanon, 2-Cyclopentyl-4,5-epoxy
-6-phenyl-3-heptanon,
3,4-Epoxy-2-butanon, 1,2-Epoxy-3,6-octandion und dgl.
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Die oben genannton Aldehyde, Epoxy@idehyde, Polyaldehyde, Ketone und
Epoxyketone gind b@kannt, auch ihre Her@tellung@verfahren, und sind in Handel erhältlich.
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Das Reaktionsprodukt des Basi@polymeri@@tes und der Oxir@nverbindung,
des Aldehydes, des Epoxyald@hydes, Polyaldehydes, Ketones oder Epoxyketones wird
mit wenig@tens @in@@ L@cten wie oben b@@chriebeu, umgesetzt.
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Wird das Basispolymerisat in situ unter Verwendung sines Drganoalkalim@tallinitiator@
gebildet, so sollte die verwendete Initiato@menge in Bereich von @tw@ 0,5 bi@ etwa
20, vorzugsweise von @twa 1 bis etwa 6 g mMole p@o 100 g Monomere, li@gen die auf
das Basispolymerisat polymerisiert worden. Nachden das Basinpolymerisat g@bildet
ist, können die Oxiranverbindung und d@s zu polymerisier@nde Lacton oder die Lact@ne
b@id@ in die Polymerisationsmischung des B@@ispolymerisat@@ @ingebr@cht werden.
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Die Oxiranverbindung kann zuerst oder zusa@men mit dem zu polymerisierenden
Lacton oder den Lactonon @ingebracht werden.
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Im Verfahren der v@rliegenden Erfindung sollte das Molverhältnis
von
verwendeter Oxiranverbindung, Aldehyd, Epoxyaldehyd, Polyaldehyd, Keton und Epoxyketon
zu gAtom@n Alkalimetall im Initiator, w@nn das Basispolymerisat in si@u gebildet
wird oder zu Alkalimetall im Basispolymerisat, wenn @s vorgebildet wurde, wenigstens
0,1/1, vorzugsweise wenigstens 1/1 sein. Praktis@h kann jeder beliebige Überschuß
an Oxiran und anderen Verbindungen verwendet werden, selbst b@@ zu 500 Molen oder
mehr pro gAtom Alkalimetall im Initiator oder Basispolymerisat. Ein oberes, praktisches
Maximum ist jedoch 10, vorzug@weise 5 Mol.
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Ein bevorzugter Bereich für die Molv@@hältnisse von Oxiranverbindung,
Aldehyd, Epoxyaldehyd, Poly@ldehyd, Keton und Epoxyketon zu gAtomen Alkalimetall
im Initiator oder Basispolymerisat reicht ven etwa 0,5/1 bis @u etwa 10/1. Ein stärker
bevorzugter Bereich für das Molverhältnis von O@iran und anderen Verbindungen zu
gAtomen Alkalimetall im Initiator oder Basispolymerisat reicht von etwa 0,5/1 zu
etwa 5/1.
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Die Oxiranverbindung, Aldehyd, Epoxyaldehyd, Polyaldehyd, Keton oder
Epoxyketon kann mit dem Easispolymerisat unter beliebigen Reaktionsbedingungen umgesetzt
werden, beispieloweise bei @rhöhten Temp@raturen und bei Drucken, die au@reichen,
die Reaktionsteilnehmer im wesentlichen in der flü@@igen Phase zu halten.
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Bevorzugte Reaktionstemperaturen liegen bei etwa -29 bis etwa 149°C
(-20 bis etwa 300°F), vorzug@wei@@ bei etwa -1 bis etwa
121°C (30
di@ etwa 250°F). Die Reaktionszeiten Können etwa 1 Sekunde bis etwa 2 Stunden betragen.
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W@nn das Basispolymerisat in situ gebildet wird, @@ können die Endmischpolymerisate
der vorliegenden Erfindung in einem Zweistufenverfahren hergestellt werden. B@ispielsweies
kann ein konjugiertes Dien oder @ine Mischung aus @in@@ konjugierten Dien und einer
monovinylsubstituierten ar@matischen Verbindung zuerst, zusammen mit einem lithiumorganischen
Katalysator und einem üblicken Kohlenwasserstoffverdünnungsmittel wie Cyclohexan,
eingebracht werden. Di@se Monomeren läßt man dann bis zu praktisch quantitativer
Umwandlung polymerisieren, wobei das Basispolymerisat gebildet wird. Zu dieser Polymerisationsmischung
gibt man eine Oxiranverbindung, Aldehyd, Epoxyaldehyd, Polyaldehyd, Keton oder Epoxyketen,
gefolgt von ein@m Lacton, einem Lactongemisch oder sukzessiven Ingrementen verschiedener
Lactone. Zur Bildung des Lactonpoly@erisat@nteiles gewährt man dann genügend Zeit.
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Die Endmischpolymerisate der vorliegenden Erfindung können auch in
einem mehrstufigen Verfahren hergestellt werden, worin d@s Basispolymerisat durch
@ufeinanderfolgende Zugabe verschiedener M@nomerer gebildet wird, in wel@hem jedes
Monomere vor der Zugabe des näch@ten Monomeren bis zu i@ w@sentlichen quantitativer
Umwandlung polymerisiert wird. Eine Oxiranverbindung, Ald
@hyd,
Epoxyaldehyd, Polyaldehyd, Keton oder Epoxyketon wird zu di@ser Polymerisationamischung
hin@ugefügt, gefolgt von einem Lacton, einer Lactonmischung oder sukzessiven Ingrementen
verschiedener Lactone. Zur Bildung des Lactonpolymerisatenteiles gewährt man dann
genügend Zeit.
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Die Bildung des Basispolymerisates, die Umsetzung der Oxiranverbindung,
des Aldehydes, Epexyald@hydes, Polyaldehydes, Ketons oder Epoxyketons mit dem Basispolymerisat
und die Bildung der Lactonpolymerisatlö@ke kann in Gegenwart oder Abwesenheit eines
Verdünnungsmittels durchgeführt werden, man bevorzugt jedoch die Verwendung von
Verdünnungsmitteln wie einem Kohlenwasserstoffverdünnungsmittel, b@ispielsweise
einem Paraffin, Cycloparaffin, oder aromatischen Kohlenwasserstoff mit 4 bis einschließlich
10 Kohlenstoffatomen pro Molekül und Gemische davon. Ändere verwendbare Verdünnung@mittel
nind solche, die gegenüber deu Reaktionsteilnehmern und deren Produkte unter den
Bedingungen der Reaktion und Polymerisation Inert sdlzdi, z.B. Äther mit 2 bis einschließlich
K Kohlenstoffatomen pro Molekül, wie Methyläther, Äthyläther, Dioxan, Tetrahydrofuran
und dgl. Die andersartigen Verdünnungsmittel Können allein oder i@ Gemisch @ miteinander
oder im Gemisch mit Kohlenwasserstoffverdünnungsmitteln und dgl. verwendet werden.
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Ungesättigte Endmischpolymerisate der vorliegenden Erfindung können
hydriert werden, um die r@stlichen ungesättigten Anteile zu reduzieren und dadurch
die Beständigkeit des Blockmischpolymersates gegontiber dem Angriff durch Sauerstoff
Ozon und andere Oxydationsmittel zu @rhöhen.
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Beispiel 7 Zur Herstellung von Blockmischpolymerisaten aus Butadien
und #-Caprolacton unter Verwendung von n-Butyllithium als Polymerisationskatalysator
wurden Versuche durchgeführt. Der Effekt der Beendigung der Butadienpolymerisation
mit Äthylenoxyd vor der Zugabe des Lactons wurde ermittelt. Es wurde ein Vergleichsversuch,
in dem kein Äthylenoxyd verwendet wurde, durchgeführt.
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Die Rezeptur für die Polymerisation ist in der nachfolgenden Tabelle
XV wi@dergegeben.
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Table XV Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-Teile 780 1,3-Butadien, Gew.-Teile
40 n-Butyllithium, mhm* variabel Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 60
Tabelle
XV (Fortsetzung) Stufe 2: Äthylenoxyd, mhm* variabel #-Caprolacton, Gew.-Teile 60
T@mperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 22 *mhm @ Gramm mMole pro 100 Gramm Monomere
in diesen Beispiel und in allen der Beispielen soweit nichts anderes angegeben.
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Zuerst wurde Cyclohexan in den Reaktor @ingefüllt. Es wurde dann mit
Stickstoff gespült, wonach das Butadien und anschlie@end das Butyllithium zugefügt
wurden. Die Temperatur wurde auf 70°C (150°F) eingestellt und nach 60 Minuten war
die Polymerisation des Butadiens im wesentlichen beendet. Die R@aktionsmischung
wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. D@s Äthylenoxyd (falls verwendet) wurde zurgefügt
und anschließend das Caprolacton. Die Tefr peratur wurde erneut auf 70°C (158°F)
@ingestellt und das Gemisch 22 Stunden lang gerührt. Man kühlte die Mischung ab
und fügte ungefähr @ Gew.-Teil 2,2¹-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol)
pro 100 Gew.-Teile Polymerisat hinzu, wobei man eine 10%ige Lösung des Antioxydationsmittels
in einer Mischung aus gleichen Volumteilen Isopropanol und Toluol verwendete. Das
Polymerisat wurde anschlie@end in I@opropylalkohol koaguliert,
abgetrennt
und getrocknet. Polymerisate aus zwei der Ansätze wurden nach de@ folgenden Rezept
kompoundiert: Tablelle XVI Gew.-Teile Polymerisat 100 Zinkoxyd 3 Stearinsäure 2
Schwefel 1,75 N-Cyclohexyl-2-benzthiazolsulfenamid 1 Die Massen wurden 30 Minuten
lang bei 153°C (307°F) gehärtet und die Zugfestigkeit und Elongation bestimmt. Die
gehärt@ten Produkte besaßen lederartigen Charakter.
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Ergebnisse : Tabelle XVII Ansatz BuLi, mhm Äthylenoxyd, Umwandlung,
Zugfestigkeit Elongation Nr. mhm % (1) in kg/cm²(psi) (2) % (2) 1 2,5 4 90 - -2
2,3 4 98 173 (2450) 410 3 1,9 4 98 122 (1730) 410 4 2,5 0 56 - -(1) = bezogen auf
die Gesamtheit der eingemetstem Monomeren.
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(2) = ASTM D 412-62T
Somit wurde durch Umsetzung
von Äthylenoxyd mit dem in Stufe 1, Tabelle XV, hergestellten, nicht beendeten Polybutadien
("unterminsted polybutadiene") die Polymerisation des Lactons stark gefördert, was
fast zu einer Verdoppelung der Endumwandlung, bezogen auf die Gesamtheit der eingesetzten
Monomeren, führte, wie in Tabelle XVII angegeben (nicht beendetes Polybutadien-"unterminated
polybutadiene" = hergestellt unter Verwendung eines Alkyllithiuminitiators enthält
b@kanntlich wenigstens eine -C-Li-Gruppe pro Polymermolekül, vgl. US-Patent 3 135
716, Spalte 3).
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Beispiel 8 Blockmischpolymerisate wurden aus Butadien und #-Caprolacton
unter Verwendung von n-Butyllithium als Katalysater hergestellt.
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Verschiedene Mengen an Äthylenoxyd wurden zugefügt, nachden das Butadien
polymerisiert war, Jedoch bevor das Caprolacton eingesetzt worden war. Rezeptur
und Verfahren sind die gleichen wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, da@ der Butyllithiumgehalt
in allen Ansätzen 2,3 mhm betrug und die Zeit für Stufe 2 24 Stunden anstelle von
22 Stunden betrug. Folgende Ergebnisse wurden erhalten:
Tablelle
XVIII Ansatz No. ÄO, mhm ÄO:BuLi Molver@ältnis Umwandlung. % (1) 1 2 0,87:1 38 2
4 1,74:1 70 3 6 2,61:1 95 4 8 3,48:1 93 ÄO = Äthylenoxyd (1) = bezogen auf die Gesamtheit
der eingesetzten Menomeren.
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Beispiel 9 Ein Butadien/ #-Capr@lacton-Bl@@kmisehpolymerisat wurde
nach dem folgenden Rezept hergestellt: Tabelle XIX Stufe 1: Cyclchexan, Gew.-Teile
780 1,3-Butadien, Gew.-Teile 20 n-Butyllithium, mhm 2,1 Temperatur, °C (°F) 70 (158)
Zeit, Stunden 3 Stufe 2: Äthylenoxyd, mhm 6 #-Caprolacton, Gew.-Teile 80 Temperatur,
°C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24
Tabelle XIX (Fortsetzung) Stufe
2: Umwandlung, %, bezogen auf Gesamtheit der eingesetzten Menomeren 73 Zugfestigkeit
(1), kg/cm² (psi) 267 (3790) Elengati@n (1), % 530 (1) = Polymerisat gewonnen, kompoundiert,
gehärtet und getestet wie in Beispiel 1.
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Das gehärt@t@ Predukt war ein zähes, lederartiges Material.
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Beispiel 10 Eine Reihe ven Block@ischpolymerisat@n wurde aus Butadien
und #-Caprolacton, unter Anwendung verschiedener Verhältnisse von Monomeren und
n-Butyllithium als Katalysator, h@rgestellt. Das Verfahren war das gleiche wie in
Beispiel 7. Die Produkte wurden kompoundiert une geh@rtet wie in Beispiel 7 und
die Zugfestigkeit und Elongation wurden wie in Beispiel 7 bestimat. Proben von Produkten
aus den Ansätzen 2 und 3 wurden mit Aceton und auch mit Cyclohe@an extrahiort. Die
Rezepturen für die Polymerisation und die Erge@@isse sind in der folgenden Tabelle
dargestellt :
Tabelle XX Stufe 1: 1 2 3 4 Cyclohexan, Gew.-Teile
780 780 780 780 1,3-Butadien, Gew.-T. 40 50 60 70 n-Butyllithium, mhm 2,5 2,5 2,5
2,5 Temperatur, °C (°F) 70 70 70 70 (158) (158) (158) (158) Zeit, Stunden 1,5 1,5
1,5 1,5 Stufe 2: Äthylenoxyd, mhm 4 4 4 4 #-Caprolacton, Gew.-T. 60 50 40 30 Temperatur,
°C (°F) 70 70 70 70 (158) (158) (158) (158) Zeit, Stunden 24 24 24 24 Umwandlung,
%, bezogen auf Gesamtheit d.
-
Monomeren 96 95 94 88 Zugfestigkeit, kg/cm² 141 77 37 17 (psi) (1995)
(1090) (530) (245) Elongation, % 435 405 560 410 Extraktion, % extrahiert Ac@ton
- 5,5 3,0 -Cyclchexan - 97,5 73,7 -Die in den Ansätsen 2 und 3 der Tabelle II mit
Acet@n und Cyclohexan vorgenommene Extrakti@n war die gleiche und bestand darin,
da@ @ine 2 g-Probe des Polymerisates beschafft wurde, die Probe in einem porösen
@alter gehalt@@ wurde,
100 ml des siedenden Lösungsmittels bereitgestellt
wurden, d.h.
-
Aceton bei etwa 56,5°C und Cyclohexan bei etwa 81,4°C, und das siedende
Lösungsmittel kontinuierlich im Kreislauf 48 Stunden lang durch den die Probe haltenden
Halter geleitet wurde. Nach Ablauf der 48 Stunden wurde die Probe sus dem porösen
Halter entfernt und gewogon und die Gewichtsdifferenz zwischen dem Gewicht der Probe
vor dem Extraktionsverfahren und nach dem Extraktionsverfahren besti@@t und als
"% extrahiert" ausgedrückt.
-
Zur Bestätigung, daß die in den Ansätzen 2 und 3 der Tabelle XX hergestellten
Polymerisats Blochmischpolymerisate waren, wurde eine 50/50 (Gew.-Teile)-Mischung
eines Homopolymerisates aus #-Caprolacton und eines Homopolymerisates aus Butadien
hergeatellt, indem man 15 g ven jeden Homopolymerisat in 400 ml Chloroform löste
und durch 18 Stunden langes Rübren der Lösung bei 70°C (158°F) in Lösung mischte.
Danach wurde des Chloroform verdampft und das zurückbleibende, in Lösung g@mischte
Polymerisat in einem Ofen getrocknet. Diese Lösung@mischung wurde mit Aceton extrahiert,
wob@i man das gleiche Verfahren anwendete, das zuvor für die Ansätse 2 und 3 der
Tabelle XX angegeben wurde, mit der Ausnahme, da@ die Extraktionszeit auf 96 Stunden
erhöht wurde, da ein Teil der Mischungsprob@ bis zu dieser Zeit fortlaufend extrahiert
wurde, wohingegen bei den Blockmischpolymerisaten der Ansätze 2 und 3 die Extraktion
nach 48 Stunden praktisch
beendet war und es nutzlos gewesen wäre,
die Extraktionszeit auf 96 Stunden auszudehnen. Die sus der Probe der Lösungsmischung
ertrahierte Menge betrug 44,1 Gew.-% gegenüber 5,5 Gew.-% und 3 Gew.-% der Ansätze
2 und 3 der Tabelle XX. Somit ist es klar, daß das nach dem erfindungagemäßen Verfahren
hergestellte Polymerisat ein Lactonpolymo@isat ist, das an das Basispolymerisat
gebunden ist, undnicht einfach ein Gemisch von zwei getrennten Polymerisaten vorliegt.
D@ das Lacton polymerisiert wird, nachdem praktisch d@s gesamte Basispolymerisat
gebildet ist, muß das Polymerisat der vorliegenden Erfindung ein Blockmischpolymerisat
sein.
-
Das zur Herstellung der Mischung aus Poly-#-caprolacton und Polybutadien
verwend@te #-Caprolacton-H@@@polymeriert wurde nach dem folgenden Rezept hergestellt:
Caclohexan, Gew.-Teile 780 #-Caprolacton, Gew.-Teile 100 n-Butyllithium, mhm 8 Temperatur,
°C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 25 Umwandlung, %, bezogen euf Gesamtheit der eingesetzten
Monomeren 100 Zuerst wurde das Cyclohexan eingefüll@, dann mit Stickstoff gespült,
wonach das #-Caprolacton eing@füllt wurde und danach
das n-Butyllithium.
Zum Abschluß der Polymerisation wurde die Umsetzung mit 1 Teil 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol)
pro 100 Teile Polymerisat b@@ndet, wobei man eine 10 Gew.-%ige Lösung in einer Mischung
gleicher Volumteile Isopropylalkohol und Toluol verwendete.
-
Das in der Mischung aus Polycapr@lacton und Polybutadien verwendete
Polybutadien warde durch Polymerisation ven 1,3-Butadien mit n-Butyllithium bis
zu einem Meonsy-Wert (ML-4 bei 100°C (212°F)) von 45 hergestellt.
-
Beispiel 11 Eine Dilithiumverbindung, zu@@mengesetzt aus eine@ Lithium-Isoprenaddukt,
technisch hergostellt von der Lithium Corporation of America unter d@@ Namen DiLi-I,
wirde als Initiator zur Herstellung eines Blockmischpolymerisates aus Butadien und
#-Caprolacton gemä@ der vorliegenden Erfindung verwendet. Das unter Verwendung dieses
Dilithiuminitiaters hergestellte Blockmischpolymerisat enthielt einen zentralen
Block aus Butadien und endständige Blöcke an jedem Ende dieses zentralen Blockes
@us Poly-#-caprolacton. Das Polymerisation@rezept und die Erg@bnisse sind in der
nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt:
Tabelle XXI Stufe 1: Cyclohexan,
Gew.-Teile 390 1,3-Butadien, Gew.-Teile 50 Lithium-Ieoprenaddukt, mhm 3 Temperatur,
°C (°F) 50 (122) Zeit, Stunden 2 Stufe 2: Äthylenoxyd, mhm 12 Temperatur, °C (°F)
70 (158) Zeit, Stunden 4 Tetrahydrofuran, Gew.-Teile 444 #-Caprolacten, Gew.-Teile
50 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24 Umwandlung, %, bezogen auf die
Gesamtheit der eingesetzten Monomeren 91 Zugfestigkeit (1), kg/cm² (psi) 116 (1640)
Elongation (1), % 460 (1) = Polymeri@at gewonnen, kompoundiert, gehärtet und getestet
wie in Beispiel 7.
-
Beispiel 12 Es wurden Versuche zur Herstellung von Blockmischpolymerisaten
aus Butadien und #-Caprolacton unter Verwendung von n-Butyllithium
als
Polymerisationskatalysator dur@hgeführt. Verschiedene Alkenoxyde wurden verwendet,
um di@ Butadienpolymerisation vor der Zugabe des Lactons zu beenden. Man führte
einen Vergleich@versuch durch, in welchom kein Alkenoxyd zugefügt wurde. Rezeptur:
Tabelle XIII Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-Teile 780 1,3-Eutadien, Gew.-Teile 50 n-Butyllithium,
mhm variab@l Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 60 Stufe 2: Alkenoxyd, mhm
variabel Temperatur, °C (°F) 26 (78) (1) Zeit, Minuten 30 Stufe 3: #-Caprolacton,
Gew.-Teile 50 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 23-25 (2) (1) = Die Mischung
lie@ man 30 Minuten lang bei Raumtemperatur [26°C (etwa 78°F)] st@hen.
-
(2) = Epichlorhydrinversuche, 23 Stunden Propylenoxydversuche, 25
Stunden
Das Verfahren war das gleiche wie in Beispiel 7. Man erhielt
folgende Ergebnisse: Tabelle XXIII Versuch Nr. n-BuLi, mhm Alkenoxyd Umwandlung,
% Art mhm 1 3 - - 50 2 3 Äthylenoxyd 9 90 3 3 Propylenoxyd 3 96 4 3 Propylenoxyd
9 97 5 4 Propylenoxyd 4 90 6 4 Propylenoxyd 12 93 7 3 Epichlorhydrin 9 95 8 4 Epichlorhydrin
12 85 Die Produkte waren weiße Festsubstan@en.
-
Beispiel 13 Es narden vier Styrol/Butadien/ Caolactonlockterpolyneri
sate gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. Rezeptur:
Tabelle
XXIV Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-Teilo 780 Styrol, Gew.-Teile 45 sek.-Butyllithium,
mhm variabel Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 60 Stufe 2: 1,3-Butadien,
Gew.-Teile 10 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 90 Stufe 3: Äthylenoxyd,
mhm 8 #-Caprolacton, Gew.-Teile 45 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24
Man erhielt folgende Ergebnisse: Tabelle XXV 1 2 3 4 sek.-Butyllithium, mhm 2,7
2,9 3,1 3,3 Umwandlung, % 95 100 95 98 Die Produkte waren plastische Materialien.
Sie wurden g@@ischt,
die Mischung wurde analysiert. Die Ergebni@@e
der analytischen Teste sind in der nachfolgenden Tabelle zusam@engefa@t: Tabelle
XXVI Schmelzindex, 190°C, g/Min. (1) 0,02 Dichte, g/cm³ bei 25°C 1,0765 Biegemodul,
kg/cm² . 10-3(psi . 10-3) 9,85 (140) Zugfestigkeit bei Bruch, kg/cm² (psi) (3) 244
(3460) Elongation, % 409 Notched Izod-Schlagfestigkeit, cm x kg/cm (ft. x 1bs./in)
(4) 1,85 (0,34) (1) = ASTM D 1238-62T, Bedingung E, 2160 g.
-
(2) = ASTM D 790-63 (3) = ASTM D 638-61T, Kreuzkopfgeschwindigkeit,
51 @m/Min, (20 inch/min.) (4) = ASTH D 256-56, 24°C (75°F).
-
Beispiel 14 Zwei Styrol/Butadien/#-Caprolacton-Terpolymerisate, 20/20/60
und 20/60/20, wurden nach d@@ folgenden Resept h@rgestellt:
Tabelle
XXVII Stufe 1: 1 2 Cyclohexan, Gew.-Teile 780 468 Styrol, Gew.-Teile 20 20 sek.-Butyllithium,
mhm 2,5 2,5 Temperatur, °C (°F) 70 (158) 70 (158) Zeit, Minuten 60 60 Stufe 2: 1,3-Butadien,
Gew.-Teile 20 60 Temperatur, °C (°F) 70 (158) 70 (158) Zeit, Minuten 90 90 Stufe
3: Äthylenoxyd, mhm 8 8 Cyclohexan, Gew.-Teile - 312 -Caprolacton, Gew.-Teile 60
20 Temperatur, °C (°F) 70 (158) 70 (158) Zeit, Stunden 24 26 Umwandlung, 97 99 Art
des Produkts thermoplastisch Kautschuk Das Produkt aus Ansatz 1 beasß eine Zugfestigkeit
im nicht vulkanisierten Zustand von 296 kg/cm² (4200 psi) und eine Elongation von
640 % (ASTM D 412-62T, Scott Tensile Machine L-6; ' Durchfübrung der Versuche bei
27°C (80°F)).
-
Das kautschukartige Produkt aus Ansatz 2 wurde gemä@ der folgenden
Rezeptur kompoundiert:
Tabelle XXVIII Gew.-Teile Blockterpolymerisat
100 Ruß zum Schnell-Extrudieren ("fast extruding furnace black; Philblack A) 30
Zinkoxyd 3 2,2'-Methylen-bi@-(4-methyl-6-tert.-butylphenol) 0,5 Stearinsäure 1 aromatisches
Öl (Philrich 5) 10 Schwefel 1,75 N-Cyclohexyl-2-bensthiazolsulfonamid' 1,2 Die Zusammensetzung
wurde 15 Minuten lang bei 153°C (307°F) gehärtet, die physikalischen Eigenscha@ton
wurden bestimmt. Man erhielt folgende Ergebnis@e: Tabelle XXXX 300 % Modul, kg/cm²
(psi) (4) 66,1 (940) Zugfestigkeit, kg/cm² (psi) (1) 127 (1800) Elongation, % (1)
620 Federung, % (2) 67 Shore A-Härte, 27°C (80°F) (3) 61 (1) = wie in Beispiel 7
(2) = ASTM D 945-59 (3) = ASTM D 1706-61; Shore Duromoter, Typ A (4) = wie in Beispiel
@
Beispiel 15 In einer Reihe von Ansätzen wurden Blockmischpolymerisate
aus Butadien und #-Caprolacton hergestellt, wobei man Diepoxyde undnicht Monoepoxyde
wie in den vorigen Beispielen verwendete.
-
Tabelle XXX Stufe 1: Cyclohexen, Gew.-Teile 780 1,3-Butadien, Gew.-Teile
50 n-Butyllithium, mhm 5 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 75 Stufe 2:
Diepoxyd, mhm 5 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 30 Stufe 3: #-Caprolacton,
Gew.-Teile 50 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24 Die Beschickungsprozedur
und das Gewinnungsverfahren für die Produkte war das gleiche wie in Beispiel 7,
mit der Ausnahms, daß man das Diepoxyd unter Bedingungen umsetzte, wie in Stufe
2 der Tabelle XXX angegeben, che man das Lacton zufügte. Man erhielt folgende Ergebnisse:
Tabelle
XXXI Ansatz Nr. Diepoxyd Umwandlung, % (1) 1 1,2:8,9-Diepoxy- 97,5 2 2,3:5,6-Diepoxyhe
4,7-methanindan 98,5 (1) = vgl. Tabelle XVIII.
-
Beispiel 16 Es wurden zewi Ansätze durchgeführt, in welchen ein Polyepoxyd,
d.h. eine Verbindung, die mehr als zwei Oxirangruppen enthält, zur Herstellung von
Butadien/#-Caprolacton-Blockmischpolymerisaten verwendet wurde. Das verwendete Polyepoxyd
kann wie folgt benannt werden : Glycerin-1-(9,10;12,13;15,16-triepoxyoctadecanoat)-2-(9,10;12,13-diepoxyoctadecanoat)-3-(9,10-epoxyoctadecanoat).
Die Rezeptur für die Polymerisation ist in Tabelle XXXII angegeben: Tabelle XXXII
Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-Teile 780 1,3-Butadien, Gew.-Teile 50 n-Butyllithium,
mhm variabel Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 60
Tabelle
XXXII (Fortsetzung) Stufe 2: Polyepoxyd, Gew.-Teile variabel Temperatur, °C (°F)
50 (122) Zeit, Minuten 30 Stufe 3: #-Caprolacton, Gew.-Teile 50 Temperatur, °C (°F)
70 (158) Zeit, Stunden 24 Die Beschickungsprozedur und das Verfahren zur Gewinnung
des Polymrisates war das gleinche wie in Deispiel 7, mit der Ausnehme, daß man das
Polyepoxyd unter Bedingungen umsetzte, wie sie in Stufe 2 der Tabelle XXXII angegeben
sind, ehe man das Lacton zufügte. Die Ergebnisse sind in Tabelle XXXIII zusammengefaßt:
Tabelle XXXIII Ansatz Nr. Bu Li, mhm Polyepoxyd, Gew.-Teile Umwendlung, % (1) 1
6,0 0,86 95 2 7,5 1,07 95 (1) = vgl. Tabelle XVIII Beispiel 17 Es wurden Ansätze
durchgeführt, die zeigten, daß ein Lacton einer ungesättigten Carbonsäure g@mäß
der vorliegenden Erfindung zur
Herstellung eines Butadien/Lacton-Bleckmischpolymerisates
verwendet werden kann. Das verwendete Lacton war das Lacton der 2,2,4-Trimethyl-3-hydroxy-3-pentansäure
(ß-Lacton). Die Rezeptur für die Polymerisation ist in Tabelle XXXIV angegeben:
Tabelle XXXIV Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-Teile 780 1,3-@utadien, Gew.-Teile 50 n-Butyllithium,
mhm 5 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 75 Stufe 2: Äthylenoxyd, Gew.-Teile
variabel Lacten, Gew.-Teile 50 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24 Die
Beschickungs- und Polymerisatgewinnungsverfagren waren die gleichen wie in Beispiel
7. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle XXXV zussmmengefaßt: Tabelle
XXXV Ansatz Nr. Äthylenoxyd. mhm Umw@ndlung, % (1) 1 0 72 2 14 94 (1) = vgl. Tabelle
XVIII
Beispiel 18 Es wurde eine Reihe von Ansätzen durchgeführt,
in welchen Lactongemische für die Herstellung von Blockmischpolymerisaten gemäß
der vorliegenden Erfindung verwendet wurden. Die Rezeptur für die Polymerisation
ist in Tabelle XXXVI angegeben: Tabelle XXXVI Stufe 1: Cyolohexan, Gew.-Teile 780
Styrol, Gew.-Teile 40 sek.-Butyllithium, mhm 2,1 Temperatur, °C (°F) 70 Zeit, Minuten
60 (158) Stufe 2: 1,3-Butadien, Gew.-Teile 30 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit,
Minuten 75 Stufe 3: Äthylenoxyd, mhm 8 # -Caprolacton, Gew.-Teile variabel ß-Propiolacton,
Gew.-Teile 30 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24 Das Beschickung@verfahren
war dan gleiche wie das in Beispiel 13 verwendete, mit der Ausnahme, daß ß-Propiolacton
unmittelbar
nach dem #-Caprolacton eingefüllt wurds. Das Gewinnungsverfahren
für das Polymerisat war das gleiche wie das in Beispiel 7 verwendete. Die Ergebnisse
sind in Tabelle XXXVII wiedergegeben: Tabelle XXXVII Ansatz Nr. #-Caprolacton, Gew.-Teile
Umwandlung. % (1) 1 2,3 94 2 5,6 91 (1) = vgl. Tabelle XVIII.
-
Beispiel 19 Unter Verwendung von Lactongemischen wurde eine andere
Versuchsreihe unter Badingungen durchgeführt, die sich von denen des Beispieles
18 unterscheiden. Das Rezept für die Polymerisation ist in Tabelle XXXVIII wiedergegeben:
Tabelle XXXVIII Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-Teile 780 Styrol, Gew.-Teile 30 sek.-Butyllithium,
mhm variabel Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 60
Tabelle
XXXVIII (Fortsetzung) Stufe 2: 1,3-Butadien, Gew.-Teile 20 Temperatur, °C (°F) 70
(158) Zeit, Minuten 90 Stufe 3: Äthylenoxyd, Gew.-Teile variabel # -Caprolacten,
Gew.-Teile variabel S-Propiolacton, Gew.-Teile variabel Temperatur. °C (°F) 70 (158)
Zeit, Stunden 24 Die Beschickungs- und Polymarisatgewinnungsverfagren w@ren die
gleichen wie dis in Beispiel 18 bsw. 7 verwendeten. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle XXXIX zusammengefaßt: Tabelle XXXIX Ansatz Nr. Bu Li, mhm Äthylenoxyd, #-Caprolacton
B-Propio- Umwandmhm Gew.-Teile lacton, lung, % Gew.- (1) Teile 1 2,5 8 2 48 95 2
2,5 8 20 30 75 9 2,0 6 2 48 84 4 2,0 6 20 30 73 (1) vgl. Tabelle XVIII
Beispiel
20 Es wurde eine andere Versuchsreihe durchgeführt, in welcher zwei verschiedene
Lacton,e wie in den Beispielen 18 und 19 verwendet wurden, in welcher jedoch das
zuerst @ugesetzte Lacton praktisch vollständig polymerisiert wurde, che nan das
zweite Lacton zufügte.
-
Die Rezeptur für die Polymerisation ist in Tabelle XL wiedergegeben:
Tabelle XL Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-Teile 780 Styrol, Gew.-Teile 30 sek.-Butyllithium,
mhm 2,0 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 60 Stufe 2: 1,3-Butadien 20 Temperatur,
°C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 90 Stufe 3: Äthylenoxyd, mhm 8 # -Caprolacton, Gew.-Teile
variabel Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 17 Stufe 4: ß-Propiolacton,
Gew.-Teile variabel Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24
Das
Beschickungsverfahren war das gleiche wie in Beispiel 18, der der Au@nahme, daß
die Zugabe von ß-Propiolacton vorgenommen wurde, nachdem das #-Caprolacton praktisch
vollständig polymerisiert war. Das Verfahren zur Gewinnung des Polymerisates war
das gleiche wie das in Beispiel 7. Die Ergebnisse sind in Tabelle XLI wiedergegeben:
Tabelle XLI Ansatz Nr. #-Caprolacton, ß-Propiolacton, Umwandlung Gew.-Teile Gew.-Teile
% (1) 1 20 30 91 2 30 20 94 (1) = vgl. Tabelle XVIII.
-
Beispiel 21 Es wurde ein Ansatz durchgeführt, der die Herstellung
eines erfindungsgemäßen Styrol/#-Caprolacton-Blockmischpolymetisates zeigt. Daß
Rezept für die Polymerisation ist in Tabelle XLII wiedergegeben: Tabelle XLII Stufe
1: Cyclohexan, Gew.-Teile 780 Styrol, Gew.-Teile 50 sek.-Butyllithium, mhm 2,5
Tabelle
XLII (Fortsetzung) Stufe 1: Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 60 Stufe
2: Äthylenoxyd, mhm. 8 #-Caprolacton, Gew.-Teile 50 Temperatur, °C (°F) 70 (158)
Zeit, Minuten 26 Die Beschickungs- und Polymerisatgewinnungsverfahren waren die
gleichen wie die in Beispiel 7 angewendeten. DieUmwandlung im Versuch des Beispieles
21 Betrug 90 %, bezogen auf die gesamten eingesetzten Monomeren, woraus ersichtlich
ist, daß aromatische Monovinylverbindungen in Abwesenheit konjugierter Diene für
die Herstellung von Mischpolymerisaten gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet
werden Können.
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Beispiel 22 Es wurden Versuche durchgeführt, in denen die Verhältnisse
von Styrol/Butadien/#-Caprolacton bei der Herstellung von Blookmischpolymerisaten
gemäß der vorliegenden Erfindung variiert wurden. Das Rezept für die Polymerisation
ist in Tabelle XLIII wiedergegeben:
Tabelle XLIII Stufe 1: Cyclohexan,
Gew.-Teile 468 Styrol, Gew.-Teile variabel sek.-Butyllithium, mhm 2,3 Temperatur,
°C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 60 Stufe 2: 1,3-Butadien, Gew.-Teile variabel Temperatur,
°C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 90 Stufe 3: Äthylenoxyd, mhm 8 #-Caprolacton, Gew.-Teile
variabel Cyclohexan, Gew.-Teile 312 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24
Die Beschickungs- und Polymerisatgewinnungsverfahren waren die gleichen wie die
in Beispiel 13 bzw. 7 verwendeten. Die Ergebnisse eind in TabeUe XLIV wiedergegeben:
Tabelle XLIV Styrol, Butadien, #-Caprolacten, Gew.-Teile Gew.-Teile Gew.-Teile 1
60 10 30 97 2 30 10 60 97 (1) : vgl. Tabelle XVIII.
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Beispiel 23 Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine Reihe von
I@opren/ #-Caprolacton-Blockmisehpolymerisaten hergestellt. Das Rezept für die Polymerisation
ist in Tabelle XLV wiedergegeban: Tabelle XLV Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-Teile 780
Isopren, Gew.-Teile 50 n-Butyllithium, mhm variabel Temperatur, °C (°F) 70 (158)
Zeit, Minuten 60 Stufe 2: Äthylenoxyd, mhm variabel #-Caprolacton, Gew.-Teile 50
Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Stundeu 24 Die Beschickungs- und Polymerisatgewinnungsverafhren
waren die gleichen wie die in Beispiel 7 verwendeten. Die Ergebnisse sind in der
Tabelle XLVI wiedergegeben:
Tabelle XLVI Ansatz Nr. Bu Li, mhm
Äthylenoxyd, mhm Umwandlung, % (1) 1 3,0 10 95 2 2,5 8 100 3 2,0 6 93 (1) = vgl.
Tabelle XVIII.
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Beispiel 24 Es wurde ein Ansatz durchgeführt, in welchem gemäß der
vorliegenden Erfindung ein Styrol/Isopron/#-Caprolacton-Blockmischpolymerisat hergestellt
wurde, Das Rezept für die Polymorisation ist in der Tabelle XLVII wiodergegeben:
Tabelle XLVII Stufe 1: Cyclohexan, Gew.-Teile 780 Styrel, Gew.-Teile 40 sek.-Butyllithium,
mhm 2,9 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 60 Stufe 2: Isopren, Gew.-Teile
30 Temperatur, °C (°F) 70 (158) Zeit, Minuten 90
Tabelle XLVII
(Fortsetzung) Stufe 3: Äthylonoxyd, mhm 8 # -Caprolaoton, Gew.-Teile 30 Temperatur,
°C (°F) 70 (158) Zeit, Stunden 24 Das angewendete Beschickungsverfabren war das
gleiche wie in Beispiel 13. Die Gewinnung des Polymerisates orfolgte wie in Beispiel
7. Die Umwandlung in Versuch des Beispieles 24 betrug 98 %, bezogen auf die Gesamtheit
der eingesetzten Monomeren.
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Beispiel 25 In einer Reihe von Versuchen wurde Butadien-1,3 und #
-Caprolacton polymerisiert, wobei man 1,3,5-Trioxan, Propanal, oder 2,3-Epoxypropanal
als Cokatalysatoren verwendete. In diesen Ansätzen wurde zueret Cyclohexan in den
Reaktor eingebracht und mit Sticksteff gespült. Es wurde Butadien zugefügt, gefolgt
von n-Butyllithium und die Temperatur wurde auf 70°C eingestellt, wobei man bei
dieser Temperatur eine bis 1,5 Stunden lang rührte. Nach Ablauf dieser Reaktionszeit
wurde die Temperatur auf Raumtemperatur eingestellt und der Cokatalysator zugefügt.
Die Reaktionsmischung wurde anschließend bei 70°C 0,3 Stunden lang gerührt. Wenn
kein Cohatalysater sugefügt wurde, ließ man die Mischung 0.3 Stunden land bei Raumtemperatur
stehen.
Als nächstes wurde # -Caprolacton zugefügt und das Gemisch 24 Stunden lang bei 70°C
gerUhrt.
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Am Ende eines jeden Polymerisationsversuches wurde die Umsetzung
mit einer 10 Gew.-%igen Lösung von 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol)
in einem Isopropylalkohol/Toluolgemisch (50/50 Volumina) rasch gest@ppt. Die verwendete
Menge war so bemessen, daß ein Gew.-Teil des Antioxydans auf 100 Gew.-Teile eingesetzte
Monomere entfiel.
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Das Rezept für die Polymerisation und die Ergebnisse dieser Ansätze
sind in der folgenden Tabelle XLVIII wiedergegeben: Tabelle XLVIII 1. Bedingungen:
Polymerisationsrezept Cyclcheran, Gew.-Teile 780 Butadien, Gew.-Teile 50 #-Caprolacton,
Gew.-Teile 50 n-Butyllithium, mhm (a) variabel Cokatalysator, mhm (a) variabel 2.
Ergebnisse: Ansatz n-Butyllithium, mhm (a) Kokatalysator Um Nr, Name mhm (a) % 1
5 - - 50 2 3 - - so
Tabelle XLVIII (Fortsetzung) Ansatz n-Butyllithium,
mhm (a) Cokatalymator Umwendlung, Nr, Name mhm (a) % 3 4 Propanal 4 96 4 4 1,3,5-Trioxan
12 75 5 4 2,3-Epoxypropanal 4 88 (a) = mMol pro 100 g eingesetzten Monomere.
-
Die Ergebnisse zeigen die vorteilhafte Wirkung dieser Cokatalysatoren
durch erhöhte Umwendlung bei verminderten Katalysatorgehalten. Der Charakter der
Produkte aus diesen Ansätzen spiegelt ebenfalls diese Wirkung wieder. Wenn kein
Cokatalysater vorhanden war, so waren die Produkte viskose Flüssigkeiton, während
die Produkte aus den Ansätzen, in denen die obigen Cokatalysatoren verwendet wurden,
weiße Festsubstanzen mit Kautschukcharakteristika, waren.
-
Beispiel 26 Butadien-1,3 und # -Caprolacton wurden in einer Reihe
von Ansätzen polymerisiert, wobei man Methyl-isobutylketon oder Benzophenon als
Clkatalysatoren verwend@te.
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In diesen Ansätzen wurde zuerst Cyclohexan in den Reaktor eingsfüllt
und
mit Stick@toff gespült. Es wurde Butadien zugefügt, gefolgt von n-Butyllithium und
die Temperatur wurde auf 70°C eine.
-
gestellt, bei dieser Temperatur rührte man 1 Stunde lang. Nach Ableuf
dieser Reaktionszeit wurde die Temperatur auf Raumtemperatur eingestellt und der
Cokatalysator zugefügt. Die Reaktionsmischung wurd@ anschließend 0,3 Stunden lang
bei 70°C gerührt.
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Wenn kein Cokatalysator zugefügt wurde, ließ man die Mischung 0,3
Stunden lang bei Raumtemperatur stehen. Als nächstes wurde # -Caprolacton zugefügt
und die Mischung 26 Stunden lang bei 70°C gerührt.
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Am Ende eines jeden Polymerisationsversuches wurde die Umsetzung mit
einer 10 Gew.-%igen Lösung von 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert.-Butylphenol)
in einem Isopropylalkohol/Toluolgemisch (50/50 Volumina) rasch gestoppt. Die verwendete
Menge war so bemessen, daß 1 Gew.-Teil des Antioxydans auf 100 Gew.-Teile Monomere
sutfiel.
-
Die Rezsptur für die Polymerisation und die Ergebnisse dieser Ansätze
sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben:
Tabelle XLIX 1. Bedingungen:
Polymerisationsrezept Cyclcheran, Gew.-Teile 780 1,3-Butadien, Gew.-Teile 50 # -Caprolacton,
Gew.-Teile 50 Keton (Cokatalysater), mhm (d) variabel n-Butyllithium, mhm (d) variabel
Temperatur, °C 70 Zeit, Stunden (gesamt) 27.3 2. Ergebnisse: Ansatz Cokataly@@ter
n-@uLi Umwandlung, % Nr. Name mhm (d) mhm (d) 1 kein - 3 58 2 kein - 4 88 (a) 3
Methylisobutylketon 4 4 92 (b) 4 Benzophenon 9 3 100 (c) (a) = Das Produkt war ein
klebriges Hars (b) = Das Produkt war eine weiße Pestsubstans (c) = Das Produkt war
eine viskose Flüssigkeit (d) = mMole pre 100 g eingesetztes Mon@mor