DE2019473A1 - Polare Hilfsstoffe fuer verbesserte Blockpolymerisate,die mit primaeren Kohlenwasserstofflithiuminitiatoren hergestellt werden - Google Patents
Polare Hilfsstoffe fuer verbesserte Blockpolymerisate,die mit primaeren Kohlenwasserstofflithiuminitiatoren hergestellt werdenInfo
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Description
Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenigsöerger -,Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein jur«.
PATENTANWÄLTE
TELEX 3S9979
BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER
8MONOHENa,
53/N
Case 20 320
Phillips Petroleum Company, Bartlesville, OkIahoma/USA
Polare Hilfsstoffe für verbesserte Blockpolymerisate,
die mit primären Kohlenwasserstofflithiuminitiatoren
hergestellt werden
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung von radialen und linearen Blockpolymerisaten
mit hoher Grundzugfestigkeit bzw. hoher Grundzerreißfestigkeit.
Die Erfindung befaßt sich weiterhin mit einem Polymerisationsverfahren,
bei dem polare Hilfsstoffe zur Herstellung verbesserter Blockpolymerisate, die mit Kohlenwasserstofflithiuminitiatoren
hergestellt wurden, verwendet werden.
Die Erfindung befaßt sich ebenfalls mit einem Verfahren zur
Herstellung von Blockpolymerisaten, die relativ einheitliche Längen besitzen und eine minimale Anzahl von Makromolekülen
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enthalten, die verschiedene Blocklängen aufweisen.
enthalten, die verschiedene Blocklängen aufweisen.
In der Vergangenheit wurden sekundäre und tertiäre Alkyllithiumkatalysatoren
zur Herstellung von Blockpolymerisaten verwendet, wie solche, die Drei-Komponenten-Polymerisatblökke
oder -Segmente enthalten. Von den primären Kohlenwasserstoff lithiuminitiatoren ist bekannt, daß sie für die Bildung
von ähnlichen Blockpolyrnerisäten im allgemeinen weniger zufriedenstellend
sind. Diese offensichtliche Eigenschaft der primären Kohlenwasserstofflithiuminitiatoren ist besonders
nachteilig, da es viele praktische Gründe gibt, einen primären Kohlenwasserstofflithiuminitiator, wie n-Butyllit' ium,
anstelle eines sekundären oder tertiären Butyllith.i umkatalysators
anzuwenden.
Die verzweigten Alkyllithiumkatalysatoren sind ~Ή Zimmertemperaturen
recht instabil. Es ist daher oft nötig, sie unter besonderen Bedingungen zu lagern. Sekundäres Butyllithium
ist im allgemeinen im Handel teurer als das n-Butyllithium- und weniger leicht zu haben. Außerhalb der USA gibt es kaum,
wenn überhaupt, Möglichkeiten, diese Alkyllithiumkatalysatoren im Handel käuflich zu erwerben.
F Man würde sich daher vieler Vorteile bedienen, wenn primäre
KohlenwasserstPfflithiuminitiatoren, wie n-Butyllithium, zufriedenstellend
bei der Herstellung von Blockpolymerisaten in einem solchen Polymerisationsverfahren verwendet werden
könnten.
Überraschenderweise wurde nun ein Verfahren gefunden, das das Problem löst, die unbequemem und weniger praktischen sekundären
und tertiären Butyllithiuminitiatoren bei der Herstellung von Blockpolyrneri säten zu verwenden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung können die praktischeren und bequemeren Kohlenwasserstofflithiuminitiatoren verwendet werden, um ein
überlegenes polymeres Produkt mit hoher Grundzugfestigkeit
herzustellen, die gleich ist oder größer als die der poly-
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Bad
meron Produkten, die man erhält durch die bekannten Verfahren,
bei denen man verzv;eigte Alkyllith j umlnitiatoren verwendet.
Kr- wurde σ ei under, daß radiale und lineare Blockpolymeri bate
mit holier Grundzugfestigkeit hergestellt werden können,
wenn- man einen primären Kohlenwasserstofflithiuminitiator
und oine geringe Menge einer polaren Hilfsverbindung bei dem
Polymerisationsverfahren verwendet, venn das radiale oder lineare
Blockpolymerisat hergestellt wird unter Verwendung eines Polymeri r.ationsverf ahrens, das als Verfahren mit teilweiser
Zugabe von Monomeren bekannt ist, und wenn ein nichtelastischer Block oder eir Segment für das radiale oder lineare
Blockpolymerisat zuerst gebildet wird.
Gemäß der vorliegende·, ri~findung können radiale und lineare
Blockpolymerisate mit hoher Grundzugfestigkeit hergestellt werden,
indem nan a) einen primärer Knhlenwasserstofflithiuminitietor
verwendet, b) einen polaren Hilfsstoff bei dem Polymerisationsverfahren
einsetzt in einer Menge, die ausreicht, um etwa 0,01 bis 100 q mKol Hilfsstoff pro 100 g des verwendeten Monomeren
zu liefern, vorzugsweise 0,2 bis 10, c) das Polymerisationsverfahren
verwendet, das als Verfahren mit stufenweiser Zugabe des Monomeren bekannt ist (incremental addition
of monomer method) und indem man d) zuerst einen nicht-elastomer
en Block oder ein nicht-elastomeres Segment bildet, wenn
man das Biockpolymerisat hergestellt.
Das hierbei verwendete Verfahren mit stufenweiser Zugabe des Monomeren wird dadurch charakterisiert, daß man zuerst einen
nicht-elastomeren Block oder ein nicht-elastomeres Segment
von Polymerisat' bildet, indem man ein Monomeres oder eine Mischung
von Monomeren polymerisiert, bis im wesentlichen kein .Anfangsmonomeres oder -monomeren in der Reaktionsmischung
verbleiben, ein anderes Monomeres oder Mischungen von anderen Monomeren zu der Reaktionsmischung zufügt, um zu dem nichtelastomeren
Polymerisatblock einen Block oder Segment
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von elastomerem Polymeren zuzufügen, wobei man die Polymerisation
gemäß dem stufenweisen Zugabeverfahren fortführt.
Nach der Bildung dieses zweiten elastomeren Teils, d.h. nachdem
im wesentlichen das gesamte Monomere oder die Mischungen der Monomeren polymerisiert sind, kann ein terminaler nichtelartomerer
Polymerisationsblock gebildet werden, indem man die Polymerisation fortführt und zusätzliches Monomeres oder
Monomere wie zuvor zufügt.
Wird ein lineares Blockpolymeri sat hergestellt, ist die Anv/e-
L· senheit von terminalen nicht-elastomeren Segmenten wichtig,
um dem Polymerisat die hohenGrundzugfestigkeitseigenschaften
zu verleihen.
Bei der Bildung der radialen Blockpolymerisate, die weiter unten beschrieben wird, werden die hohen Grundzugfestigkeitseigenschaften
erhalten, indem man ein Polymerisat bildet, bei dem die terminalen Segmente jeder Polymerisatverzweigung
ein nicht-elastomeres Segment enthalten.
Es soll bemerkt werden, daß der Ausdruck "im wesentlichen alles" oder ein ähnlicher Ausdruck in der Beschreibung und
den Ansprüchen im Zusammenhang der Polymerisation von Mono-"
meren oder Mischungen davon verwendet wird* Diese Terminologie wird verwendet, obgleich die vollständige Entfernung oder Polymerisation
des Monomeren oder der Mischung der Monomeren das gewünschte Ziel darstellt. Hundertprozentige Polymerisation
oder die vollständige Entfernung des nicht-polymerisierten Monomeren kann oft schwierig sein» Dieser Ausdruck soll
daher Polymerisation oder die Entfernung des Monomeren oder Mischungen der Monomeren auf die Weise bedeuten, wie man es
bei üblichen Polymerisationsbedingungen erreicht.
Ähnlich bedeutet der Ausdruck ''hohe Grundzugfestigkeit" (high
raw tensile strength), daß Rohzugfestigkeiten (d.h. in unvulkanisiertem
Zustand) von meßbarer Größe gemeint sind, und in
BA0 original
2 in engerem Sinne bedeutet das, daß sie mindestens 400 kg/crn
(1200 psi) Rohzugfestigkeit zeigen.
Die erfindungsgemäß hergestellten linearen Blockpolymerisate
können in weitem Sinne als A-B-A-Polymerisat-Typen bezeichnet
werden. Die Polymerisate sind dadurch gekennzeichnet, daß sie
drei verbundene Segmente oder Blöcke enthalten, worin A ein Polymerisatsegnient darstellt, das keine elastomeren Eigenschaften
besitzt, und B ein elastomeres Polymerisatsegment bedeutet.
Die Segmente oder Blöcke des linearen Blockpolymerisats sind durch eine primäre chemische Bindung in Schwanz-zu-Schwanz-Anordnung
verbunden. Jedes polymere Segment kann eine Sequenz raonomerer Einheiten von im wesentlichen einem einzigen
Monomeren enthalten und enthält so hauptsächlich einen Homopolymerisatblock,
oder sie können abwechselnde Segmente von Monomeren enthalten und bilden so einen Random-Mischpolymerisatblock.
So können die nicht-elastomeren terminalen Segmente des linearen
Blo$kpolymerisats enthalten Homopolymere, die aus monovinylsubstituierten
aromatischen Kohlenwasserstoffen hergestellt wurden, die etwa 8 bis 18 Kohlenstoffatome im Molekül
enthalten, wie auch Mischpolymerisate, sowohl Random- als auch Blockpolymerisate, die mindestens 70 Gewichts-% eines
oder mehrerer polymerisierter monovinylsubstituierter aromatischer
Kohlenwasserstoffe enthalten und nicht mehr als 30 Gewichts-% von einem oder mehreren polymerisieren konjugierten
Dienmonomeren, die etwa 4 bis 12 Kohlenstoffatome pro Molekül enthalten, oder polymerisierte polare Monomere, wie c*£,ß-ungesättigte
Nitrile und Ester der Acryl- und Methacrylsäure.
Das elastomere Segment des linearen Blockpolymerisats kann
Homopolymerisate enthalten, die aus konjugierten Dienen hergestellt wurden, die etwa 4 bis 12 Kohlenstoffatome im Molekül
enthalten, wie auch Mischpolymerisate einschließlich von
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Random- und Blockmischpolymerisate^ die mindestens 70 Gewichts-%
von einem oder mehreren polymerisierten konjugierten Dienen und nicht mehr als 30 Gewichts-% von einem oder
mehreren der genannten polymerisierten polaren Monomeren oder
der genannten monovinylsubstituierten aromatischen Kohlenwasserstoffe
enthalten.
Die Menge des Polymerisats, die in jedem Polymerisatsegment in Bezug auf das gesamte lineare Blockpolymerisat vorhanden
ist, kann variieren, aber es muß eine ausreichende Menge sein, um deiT. bestimmten Polymerisatsegment die elastomeren oder
nicht-elastomeren Eigenschaften zu verleihen. Im allgemeinen
enthält jedes Polymerisatsegment des linearen Blockpolymerisats mindestens 10 Gewichts-% des gesamten Gewichts des linearen
Blockpolymerisats.
Die nicht-elastomeren Segmente enthalten etwa 20 bis 80, vorzugsweise
30 bis 40 Gewichts-% des gesamten Gewichts des linearen Blockpolymerisats.
Das elastomere Segment enthält etwa 80 bis 20, vorzugsweise 70 bis 60 Gewichts-% des gesamten Gewichts des linearen Blockpolymerisats.
Das lineare Blockpolymerisat, das grob als ein A-B-A-Polymerisat-Typ
charakterisiert werden kann, kann ebenfalls als ein A-B-Y-B-A-Polymerisat-Typ charakterisiert werden, wenn das
Verfahren zur Herstellung des linearen Blockpolymerisats die Zugabe ein«polyfunktionellen Behandlungsmittels (d.h. Kupplungsmittel)
einschließt. Wie in dem A-B-A-Polymerisat-Typ
bedeutet das A in dem A-B-Y-B-A-Polymerisat-Typ nicht-elastomere
Polymerisatblöcke, und die beiden B bedeuten zusammengefaßt die Mitte des elastomeren Polymerisatblocks, wobei Y
ein Atom oder eine Gruppe von Atomen bedeutet, die sich von dem polyfunktionellen Behandlungsmittel, das nur zwei funktioneile
Gruppen im Molekül enthält, ableitet, und das das Kup-
pein von ?wci Λ-E-Typ-Blockpolymerisaren bewirkt, wobei das
lineare Blockpolymerisat hergestellt wird, das terminale nicht-flastomere Blöcke enthält und in der Mitte einen elastomeren
Block.
Das Vorfahren, das man zur Herstellung der linearen A-B-Y-B-A-Typ-Blockpolyi?erisate
verwendet, ist das gleiche Verfahren mit stufenweise Zugabe des Monomeren, wie es vorher beschrieben
wurde, mit der Ausnahme, daß die dritte Monomerencharge, die
auf die Bildung des elastomeren Blocks folgt, ausgelassen wird und ein polyfunktionelles Behandlungsmittel, das nur
zwei funktionelle Gruppen im Molekül enthält, zu der PoIymerirationsmischung,
die das A-B-Typ-Polymerisat enthält, zugegeben wird, nachdem die Polymerisation zur Bildung des
elastomeren Blocks b er.», i'·?·.- ist, aber vor der Inaktivierung
des Polymerisationsinitiators, damit das A-B-Typ-Polymerisat
unter Bildung des genannten linearen Blockpolymerisats gekuppelt werden kann.
Das erfindungsgernäß hergestellte radiale Blockpolymerisat
kann in weitem Sinn als ein (A-B) Y-Typ-Polymerisat oder als
ein (A-B-A) Y-Polymerisat bezeichnet werden, wobei A einen
nicht-elastomeren Polymerisatblock oder Segment und B ein
elastomeres Polyirterisatsegirent bedeuten. Y ist ein Atom oder
eine Gruppe von Atomen, die sich von dem polyfunktionellen Behandlungsmittel (oder Kupplungsmittel) ableiten, das bei
der -Bildung der radialen Polymerisate verwendet wurde, und χ bedeutet die Anzahl der funktioneilen Cruppen des genannten
polyfunktionellen Behandlungsmittels und ist eine ganze
Zahl von mindestens 3.
Die radialen Blockpolymerisate werden durch das gleiche Verfahren mit stufenweiser Zugabe des Monomeren, wie es zuvor
für die Bildung der linearen Blockpolymerisate beschrieben
wurde, hergestellt mit der zusätzlichen Stufe, bei der ein polyfunktionelles Behandlungsmittel zu der Polymerisations-
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mischung gegeben wird, nachdem die Polymerisation beendet
ist, aber bevor der Polymerisationsinitiator inaktiviert wird.
So kann ein radiales Blockpolymerisat dadurch charakterisiert werden, daß es mindestens drei Polymerisatverzweigungen
besitzt, wobei jede Verzweigung des radialen Blockpolymerisats
terminale nicht-elastomere Segmente enthält.
Die Verzweigungen des radialen Blockpolymerisats enthalten ein terminales nicht-elastomeres Segment und mindestens ein
zweites elastomeres Polymerisatsegment, das damit verbunden
ist. Die Verzweigungen können ebenfalls ein drittes Segment von nicht-elastomerem Polymerisat enthalten.
Die Polymerisatverzwei^'^g, die zum Schluß beschrieben wurde,
ist somit identisch mit den vorher beschriebenen linearen Blockpolymerisaten nach der Erfindung. Kuppeln des linearen
Blockpolymerisats mit einem polyfunktionellen Behandlungsmittel, das mindestens drei funktionelle Gruppen enthält,
liefert somit eine Art von radialem Polymerisat. Die üblichsten Arten jedoch der radialen Blockpolymerisate, die erfindungsgemäß
hergestellt wurden, enthalten nur ein terminales nicht-elastomeres Segment und ein elastomeres Segment.
Das nicht-elastomere terminale Segment des radialen Blockpolymerisats
enthält Homopolymerisate, die aus monovinylsubstituierten
aromatischen Kohlenwasserstoffen, die etwa 8 bis
18 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten, hergestellt wurden, wie auch Mischpolymerisate einschließlich Random- und
Blockmischpolymerisaten, die mindestens 70 Gewichts-% von einem oder mehreren polymerisieren monovinylsubstituierten
aromatischen Kohlenwasserstoffmonomeren enthalten und nicht mehr als 30 Gewichts-% von einem oder mehreren der genannten
konjugierten Dienmonomeren oder polaren Monomeren, wie^- oder
ß-ungesättigte Nitrile und Ester der Acryl- und Methacrylsäure.
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Das elastomere Segment der radialen Polymerisatverzweigung enthält Polymerisate, die aus konjugierten Dienen hergestellt
wurden, die etwa 4 bis 12 Kohlenstoffatome im Molekül
enthalten, wie auch Mischpolymerisate einschließlich
Random- und Blockmischpolymerisaten davon, die mindestens
70 Gewichts-% von einem oder mehreren polymerisierten konjugierten Dienmonomeren und nicht mehr als 30 Gewichts-%
von einem oder mehreren der genannten polymerisierten polaren Monomeren oder der genannten monovinylsubstituierten
aromatischen Kohlenwasserstoffmonomeren enthalten.
Die Menge des Polymerisats, die in jedem Polymerisatsegment
in Bezug auf das gesamte radiale Blockpolymerisat vorhanden
ist, kann variieren, aber es muß eine Menge sein, die ausreicht, um dem bestimmten Polymerisatsegment die elastomeren
oder nicht-elastomeren Eigenschaften zu vf.-x ?.c5.hen. Im
allgemeinen enthält jedes Polymerisatsegment des radialen Blockpolymerisats mindestens 5 Gewichts-% des gesamten Gewichts
des Blockpolymerisats.
Die nicht-elastomeren Segmente enthalten etwa 20 bis 80, vorzugsweise
30 bis 40 Gewichts-% des gesamten Gewichts des radialen Blockpolymerisats, wobei die elastomeren Segmente etwa
80 bis 20, vorzugsweise etwa 70 bis 60 Gewichts-% des gesamten Gewichts des radialen Blockpolymerisats enthalten.
Die primären Kohlenwasserstofflithiuminitiatoren, die bei
der Erfindung verwendet werden, werden durch die allgemeine Formel RCH Li dargestellt, worin R eine Alkyl- oder Cycloalkylgruppe
oder Kombinationen davon, wie Cycloalkylalkyl, Kohlenwasserstoffreste, die 3 bis 11 Kohlenstoffatome enthalten,
bedeutet. Beispiele für primäre Kohlenwasserstofflithiuminitiatoren sind n-Butyllithium, n-Dodecyllithium,
n-Octyllithium, (Cyclohexyl)-methyllithium, (CyclodecyD-methyllithium,
(2-Cycloheptyl)-äthyllithium, (3-ÄthylcyclopentyD-methyllithium,
Isobutyllithium, 2,6-Dimethyl-4-äthylheptyllithium, n-Pentyllibnium, n-Hexyllithium, n-Heptylli-
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thium, 2-(4~Äthylcyclohexyl)-äthyllithium und dergleichen.
Die Menge an Kohlenwasserstofflithium, die verwendet wird,
kann in einem weiten Bereich variieren, aber sie wird im allgemeinen
im Bereich von etwa 0,1 bis 10, vorzugsweise 1,0 bis 4,0g mMol pro 100 g des verwendeten Monomeren liegen·
Die polaren Verbindungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung als Hilfsstoffe verwendet werden, sind Äther, Thioether
(Sulfide) und tertiäre Amine, die 2 bis 24 Kohlenstoffatome
fe im Molekül enthalten. Der polare Hilfsstef:" wird in einer
^ Menge verwendet, die ausreicht, um etwa 0,01 bis 100 g mMol pro 100 g des verwendeten Monomeren zu liefern, vorzugsweise
0,2 bis 10 (mhm).
Beispiele für polare Hilfsstoffe sind Dimethyläther, Diäthyläther,
Äthylmethyllthers Äthylpropyläther, Di-n-propyläther,
Di-n-octyläther, Di-n-dodecylättier, Dibenzyläther, Diphenyläther,
Dicyclohexyläther, Decylcyclohexyläther, Cyclopentylphenyläther,
Anisol, Tetrahydrofuran, 1,2-Dimethoxyäthan,
1,3-Dioxan, 1,4-Dioxan, Paraldehyd, 1,12-Di-hexoxydodecan,
Dimethylsulfid, DImethyläthylamin, Ν,Ν-Dimethylanilin, Pyr»
idin, Chinolin, N-Xthy!piperidin, N-Methyl-N-äthylanilin,
™ N-Methylmorpholin und ähnliche.
Die polyfunktionellen Behandlungsmittel, die bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Herstellung der radialen Blockpolymerisate
verwendet werden, sind Polyepoxyde, Polyimine,
Polyisocyanates Polyaldehyde oder Polyhalogenide, die in der
US-Patentschrift 3 231 383 (1966) beschrieben sind, und Zinnverbindungen, die ±n der US-Patentschrift 3 393 182 (1968/
beschrieben sind«, »ie guvor angegeben, beträgt die Ansanl
der funktionell-£■:■■. Gruppen pre Moieldli in dem polyfirnktiosfr'"idt'-"-3qs-iaittel
bei der Herstellung der radialen
.als sBliäde!St€a«. draJL* "■'." - dar polvfunkcion^l--Icn
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ORIGINAL
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- li -
Optimum«
Die polyfunktionellen Behandlungsmittel, die, erfindungsgemäß
hoi der Herstellung der linearen Blockpolymerisate verwendet worden können, sind solche-Verbindungen, die den Behandlungsmitteln entsprechen, die für die Bildung der radialen Blockpolymerisate
offenbart wurden, mit der Ausnahme, daß diese Verbindungen nur zwei funktionelle Gruppen im Molekül enthalten
anstelle von mindestens drei funktionellen Gruppen im Molekül. - *
Demgemäß können die Diisocyanate, Diimine (Diaziridinyl)
Dialdehyde, Dihalogenide usw. als polyfunktionelle Behandlungsmittel für die Bildung linearer Blockpolymerisate verwendet werden.
Beispiele sind Benzol-lr4-diisocyanat, Naphthalin-2,6-diisocyanat,
Naphthalin-l,3-diisocyanat, Di-(l-aziridinyl )-äthylphosphinoxyd,
Di-i^-phenyl-l-aziridinyD-propylphosphinoxyd,
Di-(213-dimethyl-l-aziridinyl)-hexylphosphinsulfid, 1,4-Naphthalindicarboxyeldehyd,
1,5-Pentandiol, 1,9-Anthracendicarboxyaldehyd,
2,4-Hexandion, 1,10-Anthracendiont Dichlordiäthylsilan,
Dibromdibutylsilan, Difluordicyclohexylsilan,
Di-n-hexyldifluorzinn, Diphenyldibromzinn, Diäthyldiallylzinn,
Dicyclohexyldichlorzinn, Didodecylchlorbromzinn, Di-(3-rnethylphenyl)-chlorallylzinn
und ähnliche.
Andere geeignete difunktionelle Behandlungsmittel schließen
ein Kohlenstoffdioxyd und die divinylaromatischen Verbindungen,
die in der US-Patentschrift 3 280 084 (1966) beschrieben sind. Beispiele sind 1,3-Divinylbenzol, 1,6-Divinylnaphthalin,
4,4'-Divinylbiphenyl und ähnliche.
Das polyfunktionelle Behandlungsmittel kann in Mengen verwendet werden, die ausreichen, um etwa 0,05 bis 2, vorzugsweise
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0,5 bis 1,5 Äquivalente pro g Atom Lithium, das in dem genannten Initiator verwendet wird, zu liefern.
Wie zuvor angegeben, wird das polyfunktionelle Behandlungmittel
zu der Polymerisationsmischung zugegeben, nachdem die Polymerisation beendet ist und bevor der Initiator inaktiviert
wird.
Wie zuvor angegeben, schließen einige der Monomeren, die erfindungsgemäß
zur Bildung der linearen und radialen Blockpolymerisate verwendet werden können, ein konjugierte Diene,
die etwa 4 bis 12 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten, monovinylsubstituierte
aromatische Kohlenwsserstoffe, die etwa 8 bis 18 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten. Beispiele für
konjugierte Diene sind 1,3-Butadien, Isopren, 1,3-Pentadien,
2,3-Dimethyl-l,3-butaöien, 2-Äthyl-l,3-pentadien, 1,3-Hexadien,
2-Methyl-l,3-hexadien, 1,3-Octadien, 2-Methyl-l,3-undecadien,
2-Methyl-3-isopropyl-l,3-butadien und ähnliche.
Beispiele für monovinylsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffe
sind Styrol, 3,5-Diäthylstyrol, 4-n-Propylstyrol,
4-Cyclohexylstyrol, 4-Phenylstyrol, 4-Methoxystyrol, 3-Pentoxystyrol,
2,4,6-Trimethylstyrol, 4-Decylstyrol, 1-Vinylnaphthalin,
8-Phenyl-l-viny!naphthalin, 3-Benzylstyrol und
ähnliche.
Beispiele für die zruvor erwähnten Monomeren, die für die Bildung
der PolymerisatSegmente verwendet werden können, die
aus polymerisieren Mischungen von Monomeren gebildet werden, sind S-Caprolacton, 6-Thiocaprolacton, Propylensulfid,
Acrylnitril, Methacrylnitril, Butylacrylat, Methylmethacrylat, Acetaldehyd und Mhnliche.
Die Polymerisationsbedirsgusnigen, die für die Herstellung von
Polymerisaten unter Verwendung von Organolithiumkatalysatoren
gut bekannt sind, können erfindungsgemäß verwendet werden.
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Die Temperaturen können über einen weiten Bereich variieren.
Temperaturen yon -8O0C bis 15O°C, vorzugsweise von 40 bis 12O°C,
sind beispielhaft. Die Polymerisationsreaktion kann unter autogenem
Druck durchgeführt werden. Es ist im allgemeinen wünschenswert, bei einem Druck zu arbeiten, der ausreicht, urn
das monomere Material im wesentlichen in der flüssigen Phase zu halten.
Die Polymerisation kann in Anwesenheit oder Abwesenheit eines
Verdünnungsmittels durchgeführt werden. Inerte Kohlenwasserstoff verdünnungsmittel, die ausgewählt werden unter aromatischen
Stoffen, Paraffinen oder Cycloparaffinen und Mischungen
davon, die etwa 4 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, können
geeigneterweise verwendet werden. Das Verdünnungsmittel oder
die Verdünnungsmittelmischung, sind solche, die unter den Bedingungen des Polymerisationsverfahrens flussig sind,
und Beispiele für Verdünnungsmittel sind Isobutan, n-Pentan, Isooctan, n-Dodecan, Cyclopentan, Cyclohexan, Methylcyclopentan,
Äthylcyclopentan, Dimethylcyclopentan, Äthylcyclohexan,
Benzol, Toluol, Xylol, Äthylbenzol, Naphthalin und ähnliche. - .
Bei dem erfindungsgemäßen Polymerisationsverfahren ist es eine wichtige Tatsache, daß der polare Hilfsstoff vorhanden
ist, wenn das monomere Material und der Kohlenwasserstofflithiuminitiator
kontaktiert werden. Der polare Hilfsstoff und der Kohlenwasserstofflithiuminitiator können jedoch in
Gegenwart oder Abwesenheit eines Lösungsmittels oder Monomeren kontaktiert werden.
Die Polymerisate werden durch bekannte Verfahren gewonnen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Blockpolymerisate besitzen eine hohe Grundzugfestigkeit (d.h. Rohzugfestigkeit), und
abhängig von ihren relativen elastomeren/nicht-elastomeren
Eigenschaften finden sie in der PolymerisatIndustrie weite
Anwendung.
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Solche Blockpolymerisate, die im allgemeinen elastomere Eigenschaften
aufweisen, finden dort Anwendung, wo andere synthetische und natürliche Kautschuke verwendet werden.
Die hohe Rohzugfestigkeit der elastomeren Blockpolymerisate,
die erfindungsgemäß hergestellt werden, sind für viele Zwekke ohne Vulkanisierung geeignet. Sie finden Anwendung als
Schuhsohlen, geformte Gegenstände, wie Spielzeug, Behälter, Rohre und dergleichen. Sie können weiterhin bei der Herstellung
von Reifen, 'Dichtungen, Gummibelagsstreifen und anderen
kautschukartigen Artikeln verwendet werden. Sie finden ebenfalls Anwendung bei Klebstof!Verwendungen, wie druckempfindlichen
Klebstreifen, und in Dichtungs- und Versiegelungs-Zusammensetzungen.
Weiterhin können sie in Mischungen zusammen mit anderen Polymerisaten verwendet werden, um den nichtgehärteten Materialien Festigkeit zu verleihen. Sie können
ebenfalls mit Streck- oder Beschwerungsölen vermischt werden und mit anderen Zusatzstoffen, wie Antioxydantien, Füllstoffen
und anderen gut bekannten Zusatzstoffen.
Die erfindungsgemäß hergestellten nicht-elastomeren Blockpolymerisate
finden bei der Herstellung von Behältern, Folien, Filmen und dergleichen Verwendung. In vielen Fällen können
mit diesen Polymerisaten durchscheinende Produkte herge-"
stellt werden. Diese Polymerisate können während der Bildung der Artikel orientiert werden und können mit den üblichen
Wärme- und Lichtstabilisatoren, Pigmenten, Antioxydantien, Weichmachern und dergleichen kompoundiert werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu jedoch zu beschränken.
Versuche wurden durchgeführt, bei denen n-Butyllithium mit
wechselnden Mengen von Tetrahydrofuran (THF) für die Herstellung linearer Blockpolymerisate (Styrol/Butadien/Styrol)
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verwendet wurde. Ein Kontrollversuch wurde ebenfalls durchgeführt,
bei dem sek.-Butyllithium als Initiator eingesetzt
wurde. Die Polymerisationsrezeptur und die Ergebnisse sind
in Tabelle I angegeben.
Cyclohexan
Styrol
Butyllithium (2,0 mMol) Temperatur,0C (zu Beginn)
(bei der Polymerisation)
Zeit, Stunden
780 20
variabel 0,124
50 70
0,5
Erste Zugabe
Butadien
Butadien
Temperatur, 0C Zeit, Stunden
60
70 1
Zweite Zugabe Styrol
Temperatur, 0C Zeit, Stunden
70 1
009845/1810
RLi- | THP | °, | a) | Ergebnisse | Rohzug | - c) | Dehnung | |
Versuch | Ar t | mhm | O, | Inhärente13 | festig | keit | % | |
Nr. | 1, | Viskosität | kg/cm2 | (psi) | ||||
η-Butyl O | 4, | 139 | 37 | 530 | 630 | |||
1 | It | sek.-ButylO | 417 | 0,74 | 288 | 4090 | 970 | |
2 | Il | 39 | 0,79 | 282 | 4010 | 780 | ||
3 | Il | 17 | 0,71 | 326 | 4630 | 700 | ||
4 | Il | 0,68 | 313 | 4450 | 720 | |||
5 | 0,71 | 288 | 4100 | 810 | ||||
6 | 0,67 | |||||||
a) mhm = g mMol pro 100 g des Monomeren
b) Bestimmt gemäß dem Verfahren in der US-Patentadrrift
3 278 508, Spalte 20, Bemerkungen (a) und (b). Alle Polymerisate waren frei von Gel.
c) ASTM D-412-62 T
Sei jedem dieser Versuche wurde Cyclohexan zuerst in den Reaktor gegeben, danach wurde mit Stickstoff gespült. Als nächstes
wurde Styrol eingefüllt, gefolgt vom THF (wenn welches zugegeben wurde). Die Mischung wurde dann auf 50 C erwärmt,
dann wurde das Butyllith-ium zugegeben und die Temperatur
schnell auf 70 C eingestellt, um eine adiabatische Polymerisation
nachzuahmen. Die ersten und zweiten Monomerenzugaben
wurden bei den Zeiten, die in der Rezeptur angegeben sind, eingefüllt. Am Ende eines jeden Polymerisationsversuches gab
man zu jeder Mischung eine 10 gewichtsprozentige Lösung von 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert.-buty!phenol) in einer
gleichvolumigen Mischung von Iropropylalkohol und Toluol in einer Menge zu, die ausreichte,' um einen Teil des Antioxydans
pro 100 Teile des eingefüllten Monomeren zu liefern. Jede der abgestoppten Mischungen wurde mit Isopropylalkohol verrührt,
um das Polymerisat auszufällen. Das Polymerisat wurde abge
trennt und im
bei etwa 60°c getrocknet«
Die Ergebnisse zeigeng daß di© geringen Mengen von THF, die
zusammen mit dem n-Butylllthiysainitiator verwendet werden,
die Möglichkeit schaffen, Blockpolymerisate herzustellen, die gleich gute oder bessere Rohzugfestigkeit aufweisen als die,
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die man mit sek.-Butyllithium erhält, und viel bessere als
die, die man mit n-Butyllithium in Abwesenheit von THP erhält.
Gemäß der Erfindung wurden Versuche durchgeführt zur Herstellung
radialer Blockpolymerisate. Wieder wurden Kontrollversuche
durchgeführt, wobei man sek.-Butyllithium und n~Butyllithium ohne THF verwendete. Die Polymerisationsrezeptur und
die Ergebnisse sind in Tabelle.II angegeben.
Tabelle II
Polymerisationsrezeptur
Cyclohexan 780
Styrol 40
Tetrahydrofuran (THF) variabel
Butyllithium (3,6 mMol) 0,223
Temperatur, 0C (zu Beginn) 50
(bei der Polymerisation) 70
Zeit, Stunden 0,5
Butadien ' 60
Temperatur, 0C 70
Zeit, Stunden 1
Siliciumtetrachlorid (0,75 mMol) 0,12
Temperatur 70
Zeit, Stunden 1
009845/1810
RLi- | THF | Erqebnisse | — | keit (psi) |
Dehnung | |
Versuch | Ar t | mhm | Inhärente lj | 500 | % | |
Nr. | n-Butyl | O | Viskos} tat | 1) Rohzug- |
4460 | 450 |
1 | Il | 0,695 | 0,81 | festig kq/cm^ |
5300 | 725 |
2 | Il | 1,39 | 0,73 | 35 | 4860 | 730 |
3 | H | 2,78 | 0,64 | 314 | 4860 | 730 |
4 | Il | 5,56 | 0,74 | 373 | 4850 | 710 |
5 | sek.-Butyl | O | 0,67 | 342 | 700 | |
6 | 0,75· | 342 | ||||
341 |
Wie in Beispiel 1
Die Durchführung des Verfahrens und die Isolierung des Polymerisats
erfolgten in diesen Versuchen wie in Beispiel 1.
Erneut zeigen die Ergebnisse, daß geringe Mengen von THF, die zusammen mit n-Butyllithium verwendet werden, radiale Blockpolymerisate
mit hoher Rohzugfestigkeit liefern und daß diese Grundzugfestigkeitswerte so gut oder besser sind als die, die
man mit sefc-Butyllithium in Abwesenheit von THF erhält, und
viel besser als die, die man mit n-Butyllithium in Abwesenheit von THF erhält.
Eine andere Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, bei denen Triäthylamin als polare Verbindung bei der Herstellung der linearen
Blockpolymerisate erfindungsgemäß verwendet wurde. Die gleiche Art von Kontrollversuchen, wie in den Beispielen 1 und
2, wurde ebenfalls bei dieser Reihe durchgeführt. Das Einfüllen und die Isolierung des Polymerisats erfolgte ebenfalls wie
in Beispiel 1 beschrieben. Die Polymerisationsrezeptur und die Ergebnisse sind in Tabelle III angegeben.
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Tabelle III | Anfangscharge | Ergebnisse^ | Gewichtsteile |
Cyclohexan Styrol Triäthylarnin η-Butyllithium (2,0 mMol) |
Versuch Triäthylamin Inhärente "1^ Nr. mhm Viskosität |
780 20 variabel 0,124 |
|
Temperatur, °C (zu Beginn) (bei der Polymerisation |
50 ) 70 |
||
Zeit, Stunden | 0,5 | ||
Erste Zugabe | |||
Butadien | 60 | ||
Temperatur, 0C | 70 | ||
Zeit, Stunden | 1 | ||
Zweite Zugabe | |||
Styrol | 20 | ||
Temperatur, 0C | 70 | ||
Zeit, Stunden | 1 | ||
Rohzugfes tigkei t kg/cm' (psi) |
1
2
3
4
5
6
7
8
2
3
4
5
6
7
8
0,099
0,198
0,297
0,396
0,495
0,990
2,97
0,82 0,77 Ot77
0,76 0,75 0,75 0,75 0,74
80 | 1140 |
126 | 1790 |
187 | 2650 |
177 | 2520 |
229 | 3260 |
271 | 3850 |
297 | 4220 |
294 | 4180 |
Wie in Beispiel 1
Diese Ergebnisse zeigen erneut, daß bei Verwendung geringer Mengen von Triäthylarnin zusammen mit n-*Butyllithium Endblockpolytnerisate
mit wesentlich höherer Rohzugfestigkeit erhalten werden,als man sie allein mit n-Butyllithium erhält.
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Claims (6)
- - 20 PatentansprücheVerfahren zur Herstellung eines Blockmischpolymcrrisats aus mindestens einem monovinylaromatischen Kohlenwasserstoff, der 8 bis 18 Kohlenstoffatome im Molekül enthält, und mindestens einem konjugierten Dien, das 4 bis 12 Kohlenstoffatome im Molekül enthält, in einer Polyrnerisationssone in Gegenwart einer Organolithiumverbindung, die die Formel RCH2Li besitzt, als Polymerisationsinitiator, worin R eine Alkyl- oder Cycloalkylgruppe mit 3 bis 11 ^ Kohlenstoffatomen bedeutet, indem man s) einen solchen V* monovinylaromatischen Kohlenwasserstoff in die Zone einfüllt und im wesentlichen alles davon polymerisiert,b) ein solches konjugiertes Dien in die Zone einfüllt und im wesentlichen alles davon unter Bildung eines Mischpolymerisats mit dem monovinylaromntischen Kohlenwasserstoff polymerisiert, und indem man c) einen monovinylaromatischen Kohlenv.'asserstoff, wie zuvor beschrieben, oder ein polyfunktionelles Kupplungsmittel, das zwei Mischpolymerisate, wie sie zuvor hergestellt wurden, zusammen verbindet, zufügt und Mischpolymerisation des zuletzt erwähnten monovinylaromatischen Kohlenwasserstoffs mit dem zuerst gebildeten Mischpolymerisat bewirkt oder indem man die Kupp- \ lungswirkung des Kupplungsmittels in Gang setzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation in Gegenwart von 0,01 bis 100 g mMol pro 100 g des gesamten Monomeren eines Äthers, eine Thioethers oder eines tertiären Amins, die bis 24 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten, durchführt·
- 2.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einer der Stufen a) und c) der monovinylaromatische Kohlenwasserstoff zusammen mit mindestens einem. Comonomeren eingefüllt wird, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die konjugierte Diene mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen im Molekül, <έ,ß-ungesättigte Nitrile und/oder Ester von Acrylsäure oder Methacrylsäure enthält, wobei der mono-0 0 9 8 4 S / 18 T 0 . > ^ 0B1GiNW.2019A73vinylaromatische Kohlenwasserstof mindestens 70 Gewichts-% der Gesamt-Comonomeren, die bei den Stufen a) oder c) verwendet werden, ausmacht.
- 3.) Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Dien, das bei Stufe b) zugegeben wird, von mindestens einem Comonomeren begleitet ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die einen monovinylaromatischen Kohlenwasserstoff mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen im Molekül, οί,β-ungesättigte Nitrile und Ester von Acryl- oder Methacrylsäure umfaßt, wobei das Dien mindestens 70 Gewichts-% der Gesamt-Comonomeren, die in Stufe b) eingefüllt werden, ausmacht.
- 4.) Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisatblock,bei dem
der Hauptbestandteil der genannte monovinylaromatische
Kohlenwasserstoff ist, 30 bis 40 Gewichts-% des End-Mischpolymerisats ausmacht. - 5.) Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das polyfunktionelle. Kupplungsmittel in Stufe c) verwendet wird und ein Polyepoxyd,
ein Polyimin, ein Polyisocyanat, ein Polyaldehyd, Kohlenstoff dioxyd, ein divinylaromatischer Kohlenwasserstoff, ein Dihalogenid oder Siliciumtetrachlorid ist. - 6.) Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation in Gegenwart von Tetrahydrofuran oder Triethylamin durchgeführt wird.0098Λ5/Ί810
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