DE2047060B2 - Aethylen/-butadien-mischpolymerisate - Google Patents
Aethylen/-butadien-mischpolymerisateInfo
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Description
oder
J2CI2 und AI(C2H5)CI2
J2CI2 und AI(C2H5)CI2
im Molverhältnis von 1 :2 bis 1 : 15 in Gegenwart
der Monomeren, erhalten worden sind.
Die Erfindung betrifft neue Äthylen/Butadien-Mischpolymerisate mit einer prozentualen Unsättigung von
0,01 bis 10 Mol-%, in denen die sich von Butadien ableitenden Einheiten in der 1,4-trans-Form miteinander verknüpft sind.
Es ist bekannt, daß es nicht mit allen üblicherweise verwendeten Ziegler-Katalysator-Systemen möglich ist,
Äthylen/Butadien-Mischpolymerisate des vorstehend angegebenen Typs herzustellen, weil nämlich die beiden
eingesetzten Monomeren im allgemeinen sehr verschiedene Reaktivitäten aufweisen. Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung solcher Mischpolymeri-
sate beschrieben worden, die dabei erhaltenen Polymerisate stellen jedoch keine echten (statischen) Mischpolymerisate dar, außer in einigen Fällen, in denen die
erhaltenen Mischpolymerisate ein sehr niedriges Molekulargewicht und eine geringe Homogenität der
Zusammensetzung aufweisen. Darüber hinaus werden sie im Vergleich zu den gleichzeitig gebildeten
Homopolymerisaten nur in außerordentlich geringer Menge erhalten, und sie sind durch übliche S-Härtung
im allgemeinen nicht vernetzbar.
Aus der französischen Patentschrift 13 34941 sind
Äthylen/Butadien-Mischpolymerisate bekannt, die auf 8 CH2-Einheiten mehr als eine Doppelbindung aufweisen. Sie werden unter Verwendung von Vanadinamid-Verbindungen als Katalysatoren hergestellt. Diese
bekannten Produkte weisen jedoch Vernetzungen auf, was ihre Unlöslichkeit in Toluol zeigt, die während der
Polymerisationsreaktion ausgebildet worden sind. Sie sind demzufolge für die übliche S-Vernetzung nicht
mehr verwendbar.
Aus der US-Patentschrift 32 44 678 sind Äthylen/Butadien-Mischpolymerisate bekannt, die unter Verwendung eines Katalysatorsystems hergestellt worden sind,
das reduzierende Verbindungen von Metallen der U II. und III. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente,
die kein an das Metall gebundenes Halogenatom aufweisen, enthalten. Die dabei erhaltenen Mischpolymerisate sind jedoch sehr inhomogen, weil die für die
Erzielung einer gleichmäßigen katalytischen Aktivität der beiden Ausgangsmonomeren erforderliche, katalytisch wirkende Al-Halogen-Bindung in den eingesetzten
Katalysatoren fehlt.
Äthylen/Butadien-Mischpolymerisate bekannt, die unter Verwendung eines Katalysatorsystems hergestellt
werden, das aus einer Kombination aus einem Vanadiumhalogenid und einer metallorganischen Aluminiumverbindung
der Forme! AIR3 sowie einer schwachen Lewis-Base besteht. Diese bekannten Mischpolymerisate enthalten 65 bis 35 Mol-% Butadien
und zeichnen sich durch lange Sequenzen von Buiadieneinheiten aus, die mit Äthyleneinheiten in der
Mischpolymerisatkette abwechseln. Sie haben eine Kristallinitiit vom modifizierten 1,4-trans-Polybutadien-Typ,
und die Verteilung von Butadien- und Äthylen-Einheiten über die gesamte Mischpolymerisatkette ist
inhomogen, was die Extraktion unter Verwendung verschiedener organischer Lösungsmittel zeigt. Hinzu
kommt, daß die bekannten Produkte bei Gelierungstests nicht vernetzen, was mit der Anreicherung der
Unsättigungen in den Fraktionen mit einem niedrigeren
Molekulargewicht zusammenhängt. Aufgrund ihrer Inhomogenität weisen die bekannten Mischpolymerisa-(e unzureichende mechanische Eigenschaften und eine
unzureichende Wärmebeständigkeit auf, und auch ihre Härtbarkeit mit Schwefel läßt zu wünschen übrig.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, Äthylen/Butadien-Mischpolymerisate anzugeben, die einen homogenen
Aufbau und ein hohes Molekulargewicht aufweisen, eine möglichst hohe Kristallinität besitzen und durch
Aushärtung vernetzbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Äthylen/Butadien-Mischpolymerisate mit einer prozentualen Unsättigung von 0,01 bis 10 Mol-%, in denen die
sich von Butadien ableitenden Einheiten in der 1,4-trans-Form miteinander verknüpft sind, die eine
Kristallinität vom modifizierten Äthylen-Typ von mehr als 40% aufweisen und durch Polymerisation von
Äthylen mit Butadien in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels bei Atmosphärendruck bis 150 Atmosphären und bei Temperaturen von —30 bis +1000C
und von Katalysatoren, hergestellt aus
V[N(C2H5^
oder
V[N(C2H5)2]2C12 und Al(C2H5)Cl2
im Molverhältnis von 1 :2 bis 1 :15 in Gegenwart der
Monomeren, erhalten worden sind.
Die erfindungsgemäßen Äthylen/Butadien-Mischpolymerisate haben im allgemeinen einen Butadiengehalt
von weniger als 10 MoI ·%, und sie weisen grundmolare
Viskositätszahlen η von mehr als 10 auf. Die grundmolare Viskositätszahl kann jedoch auch auf
einen Wert von < 1 einreguliert werden, wenn man die Mischpolymerisation in Gegenwart von Wasserstoff
durchführt. Durch die zugeführte Butadienmenge kann das Molekulargewicht der erfindungsgemäßen Mischpolymerisate in beliebiger Weise reguliert werden, da
das Molekulargewicht eine Funktion der Zusammensetzung des Mischpolymerisats ist. Die Butadieneinheiten
sind in der Polymerisatkette des erfindungsgemäßen Mischpolymerisats sehr homogen verteilt. Wenn sie
Butadien in einem geringen Prozentsatz enthalten, sind sie im wesentlichen linear, weil das Verhältnis zwischen
der experimentell ermittelten und der aus der Molekulargewichtsverteilung mittels Gelpermeationschromatographie in dem gleichen Lösungsmittel errechneten grundmolaren Viskositätszahl innerhalb des
Bereiches Dibenzothiaryldisulfid 0,5
bis 1 liegt. Dies zeigen auch die hohen Dichtewerte, die bei erfindungsgemäßen Mischpolymerisaten mit einem
BiJtadiengehalt von <5 Mol-% innerhalb des Bereiches
von 0,9503 bis 0,9434 liegen. In den erfindungsgemäßen Wischpolymerisaten treten keine Blöcke von Einheiten
des in geringerer Menge vorliegenden Monomeren auf. D:>s ist besonders wichtig bei den Mischpolymerisaten s
mit einem niedrigen Butadiengehalt, und dies zeigt eine regelmäßige Verteilung der Unsättigung innerhalb der
Polymerisatkette und ergibt besonders vorteilhafte Eigenschaften bei der Schwefelvulkanisation.
Die bei den erfindungsgemäßen Mischpolymerisaten beobachtete Kristallinität vom modifizierten Äthylen-Typ
äußert sich in einer allmählichen Verschiebung der 200-Reflexion, die bei 2 & = 23,95° (Cu Ka) beobachtet
wird, bei einem sehr kristallinen Polyäthylen in Richtung kleinerer Winkel und in der Abnahme des
Kristallinitätsindex, die durch die Zunahme des Butadiengehaltes der Mischpolymerisate bewirkt wird.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mischpolymerisate
erfolgt in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels, bei dem es sich um einen aliphatischen,
aromatischen oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoff handeln kann. Sie wird bei einem Druck innerhalb
des Bereiches von Atmosphärendruck bis 150 Atmosphären und bei einer Temperatur innerhalb des
Elereiches von -30 bis +1000C durchgeführt. Nach
Beendigung der Umsetzung wird das Polymerisat auf übliche Weise, beispielsweise durch Zugabe eines
Überschusses von Methylalkohol, der ein Antioxydationsmittel enthält, gewonnen und dann vor der
Verwendung getrocknet.
Die Monomeren Äthylen und Butadien können gleichzeitig in dem gewünschten Verhältnis zu Beginn
der Reaktion eingeführt werden, es ist jedoch zweckmäßig, zuerst die gewünschte Menge an Butadien
einzuführen und dann Äthylen innerhalb der gewünschten Reaktionszeit bei konstantem Druck einzuleiten.
Der Katalysator wird vorzugsweise in Gegenwart beider Monomere! hergestellt.
Das Molekulargewicht der Mischpolymerisate ist im allgemeinen sehr hoch und hängt von der Menge des
umgesetzten Butadiens ab. In der Tat variieren für die Mischpolymerisate mit einem maximalen Gehalt von
etwa 10 Mol-% Butadien die bei 1350C in Decalin gemessenen Viskositätswerte [tj] zwischen 12 (einige
Prozent Butadien) und 5(11% Butadien).
Die erhaltenen Mischpolymerisate können durch längere Extraktion mit siedendem Heptan teilweise in
Lösung gebracht werden. Die zu verschiedenen Zeiten abgetrennten Polymerisatfraktionen enthalten beide
Monomereinheiten, und ihre Zusammensetzung ist so, daß eine ausreichende Strukturhomogenität erzielt
wird.
Die Röntgenanalyse der überwiegend aus Äthyleneinheiten bestehenden Mischpolymerisate zeigt, daß das
durch mischpolymerisierte Butadieneinheiten, die in dem Latex vorhanden sind, modifizierte Polyäthylen zu
mehr als 40% kristallin ist. Diese Analyse zeigt insbesondere eine Kristallinität vom modifizierten
Polyäthylentyp von mehr als 60%. Diese Modifikation führt zu einer Verschiebung der gewöhnlich bei einem
hochkristallinen Polyäthylen beobachteten Reflexionen und insbesondere der bei 2# (Cu KS)=23,95 beobachteten Reflexion 200. Eine allmähliche Verschiebung
dieses Winkels entspricht einer Zunahme des Butadiengehaltes in dem Mischpolymerisat, und gleichzeitig wird
eine Verringerung der Kristallinität entsprechend der Zunahme des durch die statistische Verteilung der
Einheiten oder kleinen Butadienblöcke entlang der Polymerisatkette verursachten Desorientierungsgrades
beobachtet. In einem solchen Falle kann keine Kristallinität festgestellt werden, die den langen
Polybutadiensequenzen zuzuschreiben ist.
Die Vernetzung der Äthylen/Butadien-Mischpolymerisate der Erfindung wird durch die Ergebnisse der
Penetrations- und Kompression^tests bewiesen, die im
allgemeinen mit Mischpolymerisaten mit einem niedrigen Butadiengehalt (< 10 Mol-%) durchgeführt wurden,
wobei diese Ergebnisse vor und nach dem Aushärten verschieden sind.
In beiden Fällen konnten wertvolle Hinweise auf die höhere Beständigkeit des Mischpolymerisates nach dem
Aushärten entsprechend der erfolgten Vulkanisation erhalten werden. Die Mischpolymerisate mit einem
niedrigen Butadiengehalt bleiben nach der Schwefelvernetzung unverändert, während gleichzeitig die besonderen
und hervorragenden Eigenschaften, die auf die Polyäthylenmatrix zurückgehen, eine höhere thermische
Beständigkeit aufweisen.
Die auf diese Weise erhaltenen Mischpolymerisate haben eine besondere Bedeutung bei der Verwendung
auf solchen Gebieten, auf denen bisher teurere Materialien verwendet werden, beispielsweise zum
Beschichten von Kabeln für spezielle Zwecke, zur Herstellung von Rohren für heiße Flüssigkeiten und
allgemein für Materialien mit einer spezifischen Beständigkeit gegenüber heißen Lösungsmitteln oder
heißen Dämpfen in der Automobilindustrie u. dgl.
Die Mischpolymerisate mit einem hohen Butadiengehalt haben eine beträchtliche Bedeutung für die
Herstellung von Materialien, die eine bemerkenswerte Beständigkeit gegenüber Oxydationsmitteln aufweisen.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
100 ecm Heptan, die 1,5 mMol V[N(C2Hs)2]*
enthielten, und 13,5 mMol Al(C2Hs)Cb wurden in ein
250-ccm-Gefäß aus rostfreiem Stahl eingeführt. Danach wurden innerhalb von weniger als 1 Minute die beiden
Monomeren, nämlich 6 g Butadien und 19 g Äthylen, zugegeben. Das Gefäß wurde 18 Stunden lang bei
Raumtemperatur und Atmosphärendruck gerührt, dann wurde das Polymerisat durch Zugabe eines Überschusses an Methylalkohol, der ein Antioxydans enthielt,
gewonnen und schließlich unter Vakuum bei 5O0C getrocknet. Es wurden 8,5 g Mischpolymerisate erhalten, deren Röntgenanalyse zeigte, daß sie eine 80%ige
Kristallinität vom modifizierten Polyäthylen-Typ (Reflexion 200 bei 2# (Cu KS) = 23,91) und einen
Butadiengehalt von weniger als 10 Mol-% aufwiesen.
Die Kristallinität vom modifizierten Äthylen-Typ wurde durch Röntgenanalyse anhand der Reflexion 200
bei 2 & (Cu KS) und durch das Auftreten des charakteristischen IR-Dubletts bei 13,90 μ und 13,70 μ
nachgewiesen.
Das dabei erhaltene Mischpolymerisat wurde durch 30minütiges Formpressen bei 200° C unter Verwendung
der folgenden Zusammensetzung vernetzt:
Mischpolymerisat | 100 |
Antioxydationsmittel | 1 |
Zinkoxid | 5 |
Stearinsäure | 1 |
N-Oxydiäthylenbenzothiarylsulfuramid | 2,5 |
Dibenzothiaryidisuifid | 0,5 |
Schwefel | 1,5 |
Anschließend wurden mit Teststücken einer Dicke von 6 mm Penetrations- und Kompressionstests durchgeführt,
wobei das Verhalten des gehärteten Polymerisats mit dem Verhalten des gleichen, nicht vulkanisierten
Mischpolymerisats verglichen wurde. Die Penetrationstests wurden mit einer Penetrationsnadel von
1 mm2 Querschnitt bei einer Belastung von 1 kg und einer Temperatursteigerung von 50°C/St. durchgeführt.
Das Diagramm der F i g. 1 der Zeichnung, in dem die Temperaturen in "C auf der Abszisse und die
Penetration in mm auf der Ordinate angegeben sind, zeigt einen typischen Verlauf dieser Tests. Daraus geht
hervor, daß die beste Beständigkeit das Mischpolymerisat nach dem Aushärten aufweist, was aus der Kurve 2
hervorgeht, die sich auf das ausgehärtete Mischpolymerisat bezieht.
Die Kompressionstests wurden durchgeführt, indem man die Mischpolymerisat-Teststücke bei einer konstanten
Temperatur von 15O0C in ein Silikonölbad eintauchte, einem Druck von 3250 kg/cm2 unterwarf und
die Abflachung als Funktion der Zeit ermittelte.
Auch in diesem Falle wurde, wie aus dem Diagramm der Fig.2 hervorgeht, in dem die Zeit in Minuten auf
der Abszisse und die Abflachung in mm auf der Ordinate angegeben sind, eine höhere Beständigkeit der Mischpolymerisate
beobachtet, wenn sie ausgehärtet worden waren, was aus der Kurve 2 hervorgeht, die sich auf das
ausgehärtete Mischpolymerisat bezieht.
100 ecm Heptan, die 1,5 mMol V[N(C2H5). |.
enthielten, und 9 mMol Al(C2H5)Cl2 wurden in ein
250-ccm-Gefäß aus rostfreiem Stahl eingeführt. Dann wurden 5 g Butadien und 16 g Äthylen so schnell wie
möglich zugegeben.
Das Gefäß wurde 18 Stunden lang bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck gerührt, dann wurde das
Polymerisat gewonnen, indem man Methylalkohol, der ein Antioxydationsimittel enthielt, zusetzte und unter
Vakuum bei 50°C trocknete. Man erhielt 7,2 g Mischpolymerisat, das folgende Eigenschaften aufwies:
einen Butadiengehalt von 10 Mol-%, eine Kristallinität vom modifizierten F'olyäthylen-Typ von 79% [Reflexion
200 bei 2 4 (Cu Km) = 23,84], wobei die Butadieneinheiten
im wesentlichen in der 1,4-trans-Kettenanordnung vorlagen.
Beim Arbeiten unter den gleichen Bedingungen wie in dem vorausgegangenen Beispiel wurden folgende
Produktmengen verwendet:
100 ecm Heptan, 1,5 mMol V[N(C2Hs)2J4, 9 mMol
Al(C2H5)Cl2, 11g Butadien und 12 g Äthylen. Man
erhielt 5 g Polymerisat mit einem Butadiengehalt von 15 Mol-%, das eine Kristallinität vom modifizierten
Polyäthylen-Typ von 74% [Reflexion 200 bei 2 & (Cu Kö) = 23,72] aufwies.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- L·Patentanspruch:Äthylen/Butadien-Misehpolymerisate mit einer prozentualen Unsättigung von 0,01 bis 10 Mol-%, in S denen die sich von Butadien ableitenden Einheiten in der 1,4-trans-Form miteinander verknüpft sind, die eine Kristallinität vom modifizierten Äthylen-Typ von mehr als 40% aufweisen und durch Polymerisation von Äthylen mit Butadien in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels bei Atmosphärendruck bis 150 Atmosphären und bei Temperaturen von —30 bis + 1000C und von Katalysatoren, hergestellt aus
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