DE2248085C3 - Organische Peroxyester, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung als Initiator für Radikalkettenpolymerisationen - Google Patents
Organische Peroxyester, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung als Initiator für RadikalkettenpolymerisationenInfo
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- DE2248085C3 DE2248085C3 DE19722248085 DE2248085A DE2248085C3 DE 2248085 C3 DE2248085 C3 DE 2248085C3 DE 19722248085 DE19722248085 DE 19722248085 DE 2248085 A DE2248085 A DE 2248085A DE 2248085 C3 DE2248085 C3 DE 2248085C3
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Description
in 3- oder 4-Steilung bedeutet
2. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß
man das Natriumsalz des tert-Butylhydroperoxids mit Hexahydroterephthaloyldichlorid oder Hexahydroisophthaloyldichlorid
in Wasser umsetzt.
3. Verwendung der Stoffe gemäß Anspruch 1 als Initiator von Radikalkettenpolymerisationen oder
•mischpolymerisationen bei radikalisch aktivierbaren ungesättigten Monomeren oder Polymeren.
4. Verwendung der Stoffe nach Anspruch 3 als Initiator von Radikalkettenpolymerisationen oder
-mischpolymerisationen bei Monomeren, die die
/
CH2 = C -Gruppierung
CH2 = C -Gruppierung
enthalten.
5. Verwendung der Stoffe nach Anspruch 3 als Initiator einer Radikalkettenmischpolymerisation
bei ungesättigten Polyesterharzen.
6. Verwendung der Stoffe nach Anspruch 4 in Kombination mit einem als Polymerisationsinitiator
bekannten Peroxid.
7. Verwendung der Stoffe nach Anspruch 5 in Gegenwart eines Cobalt-(!I)-salzes einer Carbonsäure
als Aktivator.
Die vorliegende Erfindung betrifft neue organische Peroxyester der Formel
worin R einen
—C—O—O—C(CH3)rRest
O
O
in 3- oder 4-Stellung bedeutet, ein Verfahren zur
Herstellung dieser Stoffe und die Verwendung dieser Peroxyde als Initiator von Radikalkettenpolymerisationen
oder -mischpolymerisationen bei Monomeren, die polymerisierbare Vinyl- oder Vinylidengruppen enthalten,
wie Styrol, Acrylnitril, Acrylsäureester und Methacrylsäureester, bei Temperaturen von 70° bis 110°C,
vorzugsweise von 80° bis 1000C Weiterhin können diese Peroxyde als Initiatoren bei der Hochdruckpolymerisation
von Äthylen bei Temperaturen oberhalb 150° C verwendet werden.
Die Peroxyester der vorliegenden Erfindung sind besonders zur Initiierung von Radikalkettenpolymerisationen
bei Vinylmonomeren, wie Styrol, und zur Initiierung von Copolymerisationen bei ungesättigten
Polyesterharzen bei Temperaturen von 70° bis 800C
ίο geeignet
Es wurde gefunden, daß die Peroxyester gemäß der Erfindung eine Zerfallsgeschwindigkeit besitzen, die
zwischen der von für den gleichen Zweck oft verwendeten Peroxyden, nämlich Benzoylperoxyd und
"5 tert-Butylper-2-äthylhexanoat einerseits und tert-Butylperbenzoat
und tert-Butylperacetat andererseits, liegt Die Zerfallsgeschwindigkeit kann durch die
Halbwertszeit des Peroxyds charakterisiert werden. Letztere ist die erforderliche Zeit, in der die Hälfte des
betreffenden Peroxyds bei einer gegebenen Temperatur zerfallen ist (Modem Plastics No. 6, 142, 1959). Ein
Hinweis hinsichtlich der Reaktivität der Peroxyde bei einer gegebenen Temperatur kann von der Polymerisationskonstanten
(Kp) aus folgender Formel hergeleitet
-5 werden:
Darin bedeutet:
Rp = Polymerisationsgeschwindigkeit,
Kp = konstante Polymerisation,
M = Konzentration des Monomeren,
7 — Konzentration des Beschleunigers.
Kp = konstante Polymerisation,
M = Konzentration des Monomeren,
7 — Konzentration des Beschleunigers.
.'5 Die Peroxyester gemäß der Erfindung besitzen den
Vorteil, daß sie Festkörper darstellen. Ferner können bei Verwendung dieser Verbindungen Vinylpolymere
erhalten werden, die abweichende Eigenschaften aufweisen. So wird zum Beispiel, wenn die Peroxyester
der vorliegenden Erfindung als Initiatoren zur Polymerisation von Styrol verwendet werden, ein Polystyrol
mit einem viel höheren Molekulargewicht erhalten als wenn Benzoylperoxyd — ein Peroxyd, das oft für
denselben Zweck verwendet wird — unter vergleichbaren Bedingungen benutzt wird. Wenn ein Polystyrol mit
einem bestimmten Molekulargewicht synthetisiert werden soll, so kann dieses Polymere mit Hilfe der
erfindungsgemäßen neuen Peroxyester in einer kürzeren Zeit erhalten werden als mit dem bekannten
Benzoylperoxyd als Initiator, was wirtschaftlich vorteilhaft ist.
Wenn man die Polymerisation von Vinylpolymeren, z. B. von Styrol, in zwei Temperaturstufen, beispielsweise
bei 90°C und oberhalb 100°C, ausführen will, können SS die Peroxyester gemäß der Erfindung vorteilhaft in
Kombination mit anderen Peroxyden, so z. B. mit
tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperacetat,
Di-tert-butyl-peroxysuccinat,
Di-tert.-butylperoxyadipat,
fto Di-tert.-butylperoxyazelainat,
tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperacetat,
Di-tert-butyl-peroxysuccinat,
Di-tert.-butylperoxyadipat,
fto Di-tert.-butylperoxyazelainat,
U-Di-tert.-butylperoxy-SAS-trimethylcyclohexan,
2,2-Bis-(4,4'-di-tert-butylperoxycyciohexyl)-propan,
<>5 Di-tert.-butylperoxyd, Dicumolperoxyd,
<>5 Di-tert.-butylperoxyd, Dicumolperoxyd,
1,3- und l,4-Di-(tert.-butylperoxyisopropyl)-benzolund
l,10-Di-(tert.-birylperoxy)-decan,
l,10-Di-(tert.-birylperoxy)-decan,
verwendet werden. Auf diese Weise können Polymere
mit einem hohen Molekulargewicht und einem geringen Restgehalt an Monomeren erhalten werden.
Für die Polymerisation von Äthylen können gemäß der Erfindung Kombinationen der erfindungsgemäBen
Peroxyester mit tert-Butylperpivalat Peroxydicarbonaten, z. B. Diisopropylperoxydicarbonat, Diacylperoxyden, z. B. Lauroylperoxyd oder Azoverbindungen
verwendet werden.
Bei der Copolymerisation von ungesättigten Polyesterharzen können auch Aktivatoren, vorzugsweise
Cobaltnaphthenat, Cobaltisooctoat oder Cobaltisononaoat, verwendet werden.
Die Polymerisationen und Copolymerisationen mit den erfindungsgemäßen Initiatoren können nach den
üblichen Techniken in den dafür geeigneten Apparaturen ausgeführt werden. Die Menge des einzusetzenden
Initiators bangt von den Polymerisations- oder Copolymerisationsbedingungen ab. So wird z. B. die Suspensionspolymerisation von Styrol mittels 1,4-Di-tert-butylperoxyhexahydroterephthalat zweckmäßigerweise
bei einer Temperatur von 80-1000C mit 0,05—10 Gewichtsprozent des Initiators, berechnet auf die
Ausgangsmonomeren, ausgeführt. Die Polymerisation kann aber auch als Blockpolymerisation oder in
Gegenwart eines Lösungsmittels ausgeführt werden. Während der Polymerisation kann auch ein flüchtiges
organisches Lösungsmittel zugegen sein, in welchem das Polymere nicht löslich ist und welches zur Volumenvermehrung des Polymeren nach der Polymerisation
zwecks Bildung eines Polymerschaumstoffs verwendet werden kann. Verwendbar sind organische Lösungsmittel mit einem Siedepunkt bis etwa 100°C, wie z.B.
Heptan, Hexan und Petroläther. Die Menge des flüchtigen organischen Lösungsmittels kann von 2—15
Gewichtsprozent, berechnet auf die Polymermasse, variieren. Falls erwünscht, können auch Phosphor- und
Bromverbindungen hinzugefügt werden, um die Entflammbarkeit des Schaumstoffs zu reduzieren.
Wenn der gleiche Peroxyester zur Beschleunigung der Copolymerisation eines ungesättigten Polyesterharzes, das Styrol als copolymerisierbares Monomeres
enthält, verwendet wird, werden im allgemeinen 0,1 —2 Gew.-% des Peroxyesters, bezogen auf das Styrol,
hinzugefügt.
Die neuen Peroxyester der vorliegenden Erfindung können in analoger Weise hergestellt werden wie das
für die Synthese verwandter Verbindungen bekannt ist, z. B. durch Umsetzung des Natriumsalzes des tert.-Butylhydroperoxids in Wasser mit Hexahydroterephthaloyldichlorid oder Hexahydroisophthaloyldichlorid.
Die Erfindung sei an den folgenden Beispielen illustriert. Wo in diesen Beispielen Daten hinsichtlich
des Durchschnittsmolekulargewichts von Polystyrol (Mv) angegeben sind, sind diese aus der Viskositätszahl
mit Hilfe der Formel von J.W. Breitenbach (Monatshefte für Chemie 81 [1950], 455-7) berechnet
worden. Die Viskositätszahl wurde durch Viskositätsmessungen von Polymerlösungen in Toluol bei 25°C
bestimmt.
Die in den Beispielen erwähnten Peroxide und Peroxyester werden wie folgt bezeichnet:
(1) Di-tert.-butylperoxy-hexahydroisophthalat,
(2) Di-tert.-butylperoxy-hexahydroterephthalat,
(3) Benzoylperoxyd,
(4) tert.-Butylperacetat,
(5) tert.-Butylperbenzoat,
(6) Dicumylperoxyd.
25-ml-Ampullen wurden mit einer O.lmolaren Lösung
vpn (1) in Toluol gefüllt Darauf wurden die Ampullen
zugeschmolzen und in einen Thermostat konstanter Temperatur gebracht Bei verschiedenen Zeiten wurde
eine Ampulle aus dem Thermostat genommen, schnell abgekühlt und darauf der Peroxidgehalt in der Lösung
bestimmt Wenn man den Peroxidgehalt als Funktion
ίο der Zeit aufträgt erhält man eine gerade Linie. Der
Schnittpunkt dieser geraden Linie mit der Geraden, die einen Peroxidgehalt von 50% kennzeichnet stellt die
Halbwertszeit M yjdes Peroxyds dar. Die Versuche
wurden bei verschiedenen Temperaturen wiederholt, so
daß mehrere
ί γ -Werte
erhalten wurden. Das
Auftragen der t y -Werte auf einer logarithmischen
Scala gegen γ χ ΙΟ4 ergab eine gerade Linie. Durch
Extrapolation dieser geraden Linie gegen höhere Temperaturen wurden die folgenden Werte für die
Peroxyester (I) und (2) gemäß der Erfindung und für die bekannten Peroxide oder Peroxyester (3) bis (5)
erhalten.
Peroxid bzw. Peroxy | 30 | (D | 4 | 10 see. |
ester | (2) | 60 see. bei C | bei C | |
(3) | ||||
.15 (4) | 166 | |||
(5) | 145 | 168 | ||
147 | 153 | |||
134 | 153 | |||
163 | 192 | |||
168 | ||||
Diese Werte zeigen, daß die neuen erfindungsgemäßen Peroxyester (1) und (2) eine Zerfallsgeschwindigkeit
besitzen, die zwischen der von Benzoylperoxid (3) einerseits und tert.-Butylperacetat (4) und tert.-Butylperbenzoat (S) andererseits liegt.
Eine Lösung von 0,1 g von (1) in 50 g reinem Styrol
wurde in ein Dilatometer eingebracht, welches darauf luftleer gepumpt wurde. Danach wurde das Dilatometer
in ein Thermostatbad gebracht, welches auf die Polymerisationstemperatur eingestellt worden war.
Nun wurde die Volumenkontraktion während einer gegebenen Zeit bestimmt und aus dieser die Umsetzung
und der Kp-Wert ( = Polymerisationskonstante) berechnet.
In analoger Weise wurde der Kp-Wert von anderen
Peroxiden oder Peroxyestern ermittelt. Die erhaltenen Resultate zeigt die folgende Tabelle.
Peroxid | Gewichts | Kp x 104 | 90 C | ItX) ( |
prozent, be | 6,68 | |||
zogen auf das | 6,74 | |||
Monomere | 8.2 | |||
80 C | ||||
(D | 0,2 | 2,52 | ||
(2) | 0,2 | 2,71 | ||
(3) | 0,2 | 3.6 | ||
Peroxid Gewichts- Kp x ΙΟ4
Prozent, bezogen auf das
Monomere
Prozent, bezogen auf das
Monomere
80 C
90 C"
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,83
1,75
1,70
Ein Gemisch aus 600 ml entmineralisiertem Wasser, 0,6 g Polyvinylalkohol, 200 g Styrol und 038 g (1) wurde
unter kräftigem Rühren bei einer Temperatur von 900C
acht Stunden lang polymerisiert. Danach wurde das gebildete Polystyrol abfiltriert und getrocknet Um das
Durchschnittsmolekulargewicht Mv des Polystyrols zu
berechnen, wurde die Viskositätszahl (intrinsic viscosity) gemessen, desgleichen der Prozentsatz des nicht
polymerisierten Styrols.
In analoger Weise wurden Versuche mit anderen Peroxiden oder Peroxyestern unter den in der folgenden
Tabelle genannten Bedingungen ausgeführt und die erhaltenen Ergebnisse zusammengefaßt.
Peroxid
Gewichtsprozent,
auf das
Monomere
auf das
Monomere
Polymerisationszeit
% der
Umsetzung
Umsetzung
M1.
0,16
0,13
0,2
0,26
0,26
0,4
93
99
98
100
100
99
300,000 330,000 180,000
190,000
183,000
73,000
Diese Daten illustrieren, daß bei Verwendung der erfindungsgemäßen Peroxyester (1) und (2) als Initiatoren zur Polymerisation von Styrol ein Polystyrol mit
einem viel höheren Molekulargewicht erhalten wird als bei Verwendung von Benzoylperoxid unter denselben
Polymerisationsbedingungen.
In analoger Weise wurde, wie in Beispiel 3 beschrie ?en, Styrol in zwei Temperaturbereichen mit
einer Kombination aus einem erfindungsgemäßen Peroxyester und einem als Polymerisationsinitiator
bekannten Peroxid oder Peroxyester polymerisiert Die verwendeten Kombinationen, Mengen und die erhaltenen Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle
zusammengefaßt Die Polymerisation mit der Kombination, die die Verbindung (5) enthält wurde in einem
Zeitraum von 7 Stunden bei einer Temperatur von 90° C, anschließend innerhalb von 4 Stunden bei einer
Temperatur von 115° C durchgeführt Die Polymerisation mit der Kombination, die die Verbindung (6)
enthält, wurde in einem Zeitraum von 6 Stunden bei einer Temperatur von 900C, anschließend innerhalb von
3 Stunden bei 1300C durchgeführt.
Kombination der
Peroxide
Peroxide
Gew.-%, bezogen auf
die Monomeren
die Monomeren
% der
Umsetzung
Umsetzung
(2) +
(2) +
(2) +
0,13
0,13
0,05
0,05
0,05
99,8
99,8
99,8
340,000 320,000
1 Gewichtsprozent Peroxid bzw. Peroxyester wurden einem »Allzweck-Standard-Harz«, bestehend aus 67
Gewichtsteilen eines ungesättigten Polyesters, der durch Umsetzung eines Mols Phthalsäureanhydrid,
eines Mols Maleinsäureanhydrid und von 2,1 Molen Propylenglykol bis zur Säurezahl 35 erhalten wurde, und
33 Gewichtsteilen Styrol, die 0,01% Hydrochinon und 0,005% 4-tert-Butylcatechin enthalten, zugesetzt und
darauf das Gemisch auf 700C erhitzt. Es wurden die Geiatinierungszeit, die kürzeste Härtezeit und die
exotherme Höchsttemperatur gemessen. Die erhaltenen Resultate sind in der folgenden Tabelle zusammen
gefaßt.
Peroxid bzw. | % Peroxid, bzw. | Badtemperatur | Geiatinierungszeit | Kürzeste Härtezeit | Exotherme |
Peroxyester | Peroxyester, | in Min. | in Min. | Höchst | |
bezogen auf Harz | temperatur in C |
||||
(1) | 1 | 70 | 29,3 | 33,8 | 222 |
(2) | 1 | 70 | 29,4 | 33,7 | 227 |
(3) | 1 | 70 | 4,5 | 16,5 | 223 |
(5) | 1 | 80 | 40 | 49,9 | 200 |
Diese Ergebnisse zeigen, daß die neuen Peroxyde (1) und (2) ein»; Reaktionsfähigkeit besitzen, die zwischen
Benzoylperoxyd (3) einerseits und tert.-Butylperbenzoat (5) andererseits liegt.
Beispiel 6
1 Gewichtsprozent Peroxyester und 1 Gewichtspro- hs Gemisch auf 8O0C erhitzt. Es wurden die Gelatinie-
zent einer l%igen Lösung von Cobaltoctoal in Dioctylphthalat wurden dem in Beispiel 5 beschriebenen
»Allzweck-Standard-Harz« hinzugefügt und darauf das
rungszeit, die kürzeste Härtezeit und die exotherme
Höchsttemperatur bestimmt. Die erhaltenen Resultate wurden in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.
Peroxyester | Gew.-% | Gew.-% | Badtcmpcrulur | (Jclatinicrungszcit | Kürzeste llärte- | Exotherme |
Peroxyester | Cobaltnctoat | in Min. | /cit in Min | Höchst | ||
temperatur | ||||||
( O | in C |
0,01
0,01
0,01
12,5 | 247 |
6,2 | 253 |
11,2 | 248 |
5,0 | 247 |
52 g (0,9 Mol) NaCI und 2 Tropfen eines Emulgators wurden einer Lösung von 58 g (0,52 Mol) des
Natriumsalzes des tert.-Butylhydroperoxids in 160 ml H2O hinzugefügt und anschließend 0,2 Mol Hexahydroterephthaloyldichlorid, das in 20 ml Benzol gelöst
war, unter Rühren bei einer Temperatur von 20—25° C hinzugegeben. Nach zweistündigem Rühren bei der
gleichen Temperatur wurden dem Reaktionsgemisch 150 ml Benzol hinzugefügt und anschließend mit
verdünnter Natronlauge und NaCl-Lösung gewaschen. Nachdem das Benzol unter vermindertem Druck
11
5,2
9.4
4,0
5,2
9.4
4,0
abdestilliert worden war, wurden unter Zerlegung des Stoff gemisches 50,5 g der Verbindung (2) erhalten. Der
aktive Sauerstoffgehalt betrug 9,70% (theor. 10,13%), der Schmelzpunkt 80—96°C. Nach sechsmonatigem
Lagern bei 25°C war der Sauerstoffgehalt der Verbindung nicht abgesunken.
In analoger Weise wurde die Verbindung (1) aus Hexahydroisophthaloyldichlorid hergestellt, die einen
aktiven Sauerstoffgehalt von 9,78% und einen Schmelzpunkt von 50—53°C aufweist. Nach sechsmonatigem
Lagern bei 25° C war der aktive Sauerstoffgehalt nicht gesunken.
809608/191
Claims (1)
1. Organische Peroxyester der Formel
I
:-o-o-c(ch3)3
worin R einen
O
O
Il
—C—O—O—C(CH3)3-Rest
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL7114992.A NL163518C (nl) | 1971-11-01 | 1971-11-01 | Werkwijze voor het uitvoeren van door organische peroxyden geinitieerde radicaal polymerisaties. |
NL7114992 | 1971-11-01 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2248085A1 DE2248085A1 (de) | 1973-05-03 |
DE2248085B2 DE2248085B2 (de) | 1977-07-14 |
DE2248085C3 true DE2248085C3 (de) | 1978-02-23 |
Family
ID=
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