DE2353783C3 - Verfahren zur Herstellung eines vernetzten Copolymeren des Äthylens - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines vernetzten Copolymeren des ÄthylensInfo
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Description
In der DE-AS 19 63 571 ist ein Verfahren zur
Vernetzung von Polyolefinen beschrieben, das darin besteht, daß man (A) das Polyolefin, das aus Polyäthylen
und einer geringeren Menge Propylen und bzw. oder Butyien besteht, mit einem Silan der allgemeinen
Formel
RR'SiYj
(in der R für eilnen einwertigen, olefinisch-ungesättigten
Kohlenwasserstoff- oder Kohlenwasserstoffoxyrest steht, jedes der Symbole Y Alkoxy-, Acyloxy-, Oxim-
oder substituierten Aminorest darstellt und R' einen Rest R oder einen Rest Y oder Methyl bedeutet) in
Gegenwart einer Verbindung, die imstande ist, freie Radikalstellen im Olefin zu erzeugen, umsetzt, wobei die
Umsetzung bei einer Temperatur von Ober 140*C durchgeführt wird und die freie Radikale erzeugende
Verbindung eine Halbwertszeit bei Reaktionstemperatur von weniger als 6 Minuten aufweist, und man (B) das
Produkt des Abschnittes (A) später der Feuchtigkeit in Gegenwart von Metallcarboxylaten, einer Organometillverbindung,
einer organischen Base oder einer Säure aussetzt.
Ein entsprechendes Verfahren geht aus GB-PS 34 034 für die Vernetzung von Polyacrylaten hervor.
Verfahren überraschenderweise auch auf die Herstellung von vernetzten Copolymeren von Äthylen und
Alkylacrylaten anwendbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Patents
ansprächen ist daher dadurch gekennzeichnet, daß man bei (A) ein Copolymerisat von Äthylen und mindestens
einem Alkylacrylat mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen im Molekül, das 5 bis 40 Gewichtsprozent von Alkylacrylat
stammende Einheiten enthält, einsetzt
i& Die Übertragbarkeit der aus der DE-AS 1963 571
und GB-PS 1234034 bekannten Reaktion auf andere Polymere, und insbesondere die vorliegenden Copolymeren,
ist als überraschend anzusehen, da es bei einigen anderen Polymeren zn gar keiner Vernetzung kommt.
wie entsprechende Versuche unter Verwendung von Polybuten zeigen.
Das aus GB-PS 12 34 034 bekannte Verfahren zur Vernetzung von Polyacrylaten ist ^ über hinaus
technisch gesehen nicht sehr befriedigend. So erfordert beispielsweise die Mastizierung des hiernach erhaltenen
Produkts einen wesentlich höheren Zettaufwand als eine
entsprechende Mastizierung der ernndungsgemäß hergestellten Produkte. Aus Beispiel 6 der GB-PS 12 34 034
geht beispielsweise hervor, daß für das hierin beschriebene Produkt mit einem Gelgehalt von lediglich 26%
eine Mastizierdauer von 20 Minuten erforderlich ist, während die Mastizierung des Produkts gemäß dem
vorhandenen Ausführungsbeispiel bei einem Gelgehalt von 76% in den verwendeten Knetvorrichtung nur etwa
» 0,5 bis 1,0 Minuten in Anspruch nimmt _ Schließlich bietet das vernetzte Copolymer aus
Äthylen- und Alkylacrylat-Einheiten auch noch den Vorteil, das es sich verhältnismäßig hoch mit Füllstoff
beladen läßt und trotzdem seine guten physikalischen Eigenschaften beibehält Mit Polyäthylen ist dies nicht
möglich. Die Möglichkeit einer höheren Beladbarkeit mit einem verhältnismäßig wohlfeilen Füllstoff ist
insofern besonders günstig, als sich hierdurch die Kosten des Produkts wesentlich erniedrigen lassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Vernetzen der verschiedensten Äthylen-Alkylacrylat-Copolymeren
angewandt werden, die 5 bis 40 Gewichtsprozent von Alkylacrylaten mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen im
Molekül stammende Einheiten enthalten. Die bevorzug-
ten Copolymeren sind solche mit 5 bis 25 Gewichtsprozent von Alkylacrylat stammenden Einheiten. Es ist
ferner bevorzugt, daß die Alkylacrylateinheiten von Äthylacrylat stammen.
In der allgemeinen Formel der bei dem erfindungsge-
In der allgemeinen Formel der bei dem erfindungsge-
to mäßen Verfahren verwendeten Sfcae bedeutet R einen
einwertigen olefinisch ungesättigten, aus Kohlenstoff. Wasserstoff -jnd gegebenenfalls Sauerstoff bestehenden
Rest Beispiele für solche Reste sind
Vinyl, Allyl, Butenyl, Cyclohexenyl. Cyclopentadienyl.Cyclohexadienyl,
CH, - qCH j)COO(CH,)j -,
CH2-QCHj)COOCH2O(CH,),- und
CH2-QCHj)COOCH2O(CH,),- und
OH
wobei der Vinylrest bevorzugt ist. Die Gruppe Y kann jede beliebige hydrolysierbare organische Gruppe sein,
beispielsweise eine Alkoxygruppe wie Methoxy-, Äthoxy- und Butoxygruppen, eine Acyloxygruppe wie
die Formyloxy-.Acetoxy-oder Fropionoxygruppe, eine Menge verwendet werfen, die zur Erzeugung des
_ _cf(-;H V, ausreicht Die Menge soll jedoch nicht so groß sein, daß
«ι rvou3^u\ α ein Abbau des Copolymeren verursacht wirf, oder daß
-ON=CJCHj)(C2H5)inici 5 eine vernetzung des Copolymeren aufgrund freier
-ON=C(CsHs)2 Radikale zum vorherrschenden Mechanismus wird. Die
oder eine substituierte Aroinognippe wie eine Alkylami- erforderliche Menge hängt in gewissem Ausmaß von
no- oder Arylaminogruppe, für die -NHCH3. der Natur des Erzeugers freier Radikale seßjst ab.
- NHC2Hs und - NH(CsH5) als Stellvertreter genannt Manche Peroxidverbindungen können in verhältniss. jä-
seien. In jedem einzelnen Süanmolekül können die io Big großen Mengen, zum Beispiel bis zu 1,5 Gewichts-
verschieden sein. Die Gruppe R' kann ein von angewandt werfen, ohne eine übliche Peroxidvernet-
aliphatischen Mehrfachbindungen freier einwertiger zung in merklichem Umfang zu verursachen. Wenn
hat das Silan die Formel als etwa 0,75 Gewichtsprozent der freie Radikale
erzeugenden Verbindung, bezogen auf das Gewicht des
20 Mengen wie 0.005 Gewichtsprozent des Erzeugers
worin R eine Vmylgruppe ist, und die am stärksten freier Radikale verwendet werfen und bei dem
bevorzugten Silane sind Vmyltriäthoxysilaii, VinyJtri- erfindungsgemäSen Verfahren eine gewisse Vernet-
methoxysflan und Mischungen dieser Verbindungen. zungsfähigkeit in den Äthylen-Alkylacrylat-Copolyme-
methoxysilan, sind jedoch gleichfalls brauchbar.' bezogen auf das Gewicht des Copolymeren verwendet
fikationsgrad ab. Die tatsächlich verwendete Menge jo bekannten Verfahren bei einer Temperatur von über
kann in weiten Grenzsn schwanken, beispielsweise von 140"C durchgeführt Die Umsetzung kann unter
0.1 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht Verwendung jeder dafür geeigneten Apparatur durch-
des Copolymeren bzw. von Copolymuund Polyäthylen. geführt werdea Vorzugsweise wird die Umsetzung
wenn letzteres zugegen ist ha allgemeinen wirf es jedoch unter Bedingungen durchgeführt, unter welchen
bevorzugt 0,5 bis 5 Gewichtsprozent t --zogen auf das » das Copolymere mechanischen Einwirkungen ausge-
jede Verbindung verwendet werfen, die unter den nenmischer oder einem Walzwerk durchgeführt, die das
und bei der Reaktionstemperatur eine Halbwertszeit Vorrichtung ist eine der Art, die aus einem geschlosse-
von weniger als 6 Minuten, vorzugsweise weniger als 1 nen Extruder besteht der auf seinen Inhalt eine Knet-
freie Radikale erzeugenden Verbindungen für die derartige Vorrichtung ist die als Ko-Kneader bekannte,
erfindungsgemäßen Zwecke sind die organischen 45 die zur Erzielung mechanischer Bearbeitung und
2,5-Dimethyl-2^-di-(peroxybenzoatVhexin-3; Copolymere und das Silan, können durch beliebige
13-bis(tert-Butylperoxyisopropyl)-benzol, 50 bekannte Maßnahmen miteinander in Berührung
2>Dimethyl-2i-di-tert-butylperoxy)-hexin-3; in die Vorrichtung, in welcher die Reaktion durchge-
2.5-Dimethyl-2£-di-(tert-butylperoxy)-hexan führt werfen soll, eingebracht und auf der Oberfläche
und des Copolymeren dispergiert werfen, oder es kann
tert-Butylperbenzoat 55 direkt in die Vorrichtung cindosiert werfen. Die freie
sowie Azoverbindungen, z. B. Radikale erzeugende Verbindung kann gleichfalls über
Im Einzelfall hängt die Wahl der freie Radikale ω Die Umsetzung zwischen dem Silan und dem
erzeugenden Verbindung von der Temperatur ab, bei Äthylen-Alkylacrylat=Copolymeren kann bei jeder bewelcher
die Umsetzung des Äthylen-Alkylacrylat-Co- liebigen Temperatur zwischen 1400C und der Temperapolymeren
mit dem Silan bewirkt werfen soll. Soll die tür, bei der ein Abbau des Copolymeren erfolgt,
Umsetzung z. B. bei 160 bis 180° C durchgeführt werfen, durchgeführt werfen. Die tatsächlich angewandte
dann können Benzoylperoxid oder Dicumylperoxid, die bs Reaktionstemperatur richtet sich in der Regel nach der
bei diesen Temperaturen passende Halbwertszeiten Art der Vorrichtung, worin die Umsetzung durchgeführt
haben, verwendet werfen. wird, und ihrem Energiebedarf. Ferner hängt sie auch Der Erzeuger von freien Radikalen soll in einer von der Temperatur ab, bei welcher ein Abbau des
Copolymeren erfolgt Vorzugsweise wird die Umset- '
zung bei Temperaturen von etwa 140 bis 2200C
während eines Zeitraums von bis zu 10 Minuten durchgerührt
Kleinere Mengen organischer Lösungsmittel können zwar, falls erwünscht, zur Erleichterung der Zugabe des
Erzeugers freier Radikale oder des Silans verwendet werden, doch wird die Umsetzung gewöhnlich am
besten ohne solche durchgeführt, da dann anschließend
mühsame Lösungsmittelentfernungsmaßnahmen vermieden werden.
Die Vernetzung des süanmodifizierten Äthylen-Alkylacrylat-CopoIymeren
wird nach Stufe (B) des erfindungsgemäßen. Verfahrens dadurch bewirkt, daß
das Produkt von Stufe (A) gewöhnlich nach Forrngebung durch Extrudieren oder andere Maßnahmen in
Gegenwart eines Silanolkondensationskatalysators der Einwirkung von Wasser ausgesetzt wird. Die in der
Atmosphäre vorhandene Feuchtigkeit ist gewöhnlich ausreichend für das Eintreten einer Vernetzung, doch
kann, falls erwünscht, die Vernetzung auch durch Verwendung einer künstlich befeuchteten Atmosphäre
oder durch Eintauchen in flüssiges Wasser, gegebenenfalls unter Anwendung erhöhter Temperaturen, oder
durch Einwirkung von Dampf beschleunigt werden. Vorzugsweise wird die Vernetzung bei einer Temperatur
zwischen 50 und etwa 8O0C bewirkt
Unter der Voraussetzung, daß das Reaktionsprodukt aus dem Äthylen-Alkylacrylat-Copolymeren und dem
Silan unter Ausschluß von Feuchtigkeit und/oder von Stoffen, die als Süanolkondensationskatalysator wirken,
gehalten wird, kann es, falls erwünscht, gelagert werden.
Da es häufig schwierig ist, bereits Spuren von Feuchtigkeit von dem Copolymeren fernzuhalten, ist die
Herstellung eines Produkts, das auch während einer langen Lagerungszeit praktisch unverändert bleibt,
gewöhnlich nur möglich, wenn die hydrolysierbaren Gruppen in dem Silan solche sind, die wie Alkoxyreste
zur Bildung von nichtkatalytisch wirksamen Nebenprodukten
führen. Wenn das Silan beispielsweise siliciumgebundener Chloratome enthält, kann die als Nebenprodukt
auftretende Essigsäure oder Salzsäure bei gewöhnlicher Umgebungstemperatur ein gewisses MaB
an Vernetzung verursachen, wenn der Feuchtigkeitsausschluß nicht vollständig ist
Ist ein lagerbeständires Produkt nicht erwünscht, dann ist die Verwendung eines Silans oder eines
anderen Zusatzes, das bzw. der während der Hydrolyse
in situ einen Silanol· Kondensationskatalysator erzeugt zulässig oder sogar bevorzugt Im allgemeinen wird der so
Silanol-Kondensatfonskatalysator jedoch vorzugsweise
erst dann in das Produkt von Stufe (A) eingeführt wenn die Vernetzung des Produkts eingeleitet werden soll,
beispielsweise unmittelbar vor dem Verformen zu dem fertigen Gegenstand. So können beispielsweise Stufe
(A), die Zugabe des Silanol-Kondensationskatilysators
und das Verformen des vernetzbaren Produkts kontinuierlich erfolgen, beispielsweise dadurch, daß alle diese
Maßnahmen in einem einzigen Extruder durchgeführt werden. Stattdessen kann das nach Stufe (A) des μ
erfindungsgemäßen Verfahrens modifizierte Copolymerisat mit dem Silanol-Kondensationskatalysator in
Berührung gebracht werden, nachdem dieser ebenso wie beim bekannten Verfahren mit dem unmodifizierten
Athylen-Alkylacrvlat'Coporymeren oder falls erwünscht
mit Polyäthylen selbst vermischkt worden ist Die beiden Bestandteile können dann in den gewünschten
Mengenverhältnissen zu einer Masse vermischt werden, die in Gegenwart von Wasser vernetzbar ist
Zur Erzielung eines Copolymeren mit dem höchsten Grad an Vernetzungsvermögen macht das uiuaodifizierte
Polymere oder Copolymere vorzugsweise nicht mehr als etwa 10 Gewichtsprozent der Gesamtmenge
an Äthylen-Alkylacrylat-Copolymeren in der gemischten
Zusammensetzung aus. Bei der Hersteilung eines vernetzbaren Copolymeren nach dieser Arbeitsweise
werden daher vorzugsweise etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent des Bestandteils aus unmodifiziertem Copolymeren
und Silanol-Kondensationskatalysator, bezogen auf den
gesamten Copolymerisatgehalt der Masse, verwendet
Vorzugsweise hat auch das für die Katalysatorvermischung verwendete Polyäthylen oder Copolymere
Fließeigenschaften, die denjenigen des einzumischenden süanmodifizierten Copolymeren gleich oder etwa
gleich sind.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann jeder beliebige Süanol-Kondensationskatalysator verwendet werden. Zu solchen Stoffen
gehören beispielsweise MetalLsirboxyiate wie Dibutylzinndiiaurat,
Stannoacetat, Stanncjctoat, Bleinaphthenat
Zinkoctoat Eisen-2-äthylhexoat und Kobaltnaphthenat,
organische Metallverbindungen wie die Titanester und -chelate, zum Betspiel Tetrabutyltitanat,
T-tranonyltitanat und Bis-(acetylacetonyi)-diisopropyltitanat,
organische Basen wie Äthylamin, Hexylamin, Dibutylamin und Piperidin und Säuren wie Mineralsauren
und Fettsäuren. Die bevorzugten Silanol-Kondensationskatalysatoren
sind die organischen Zinnverbindungen, beispielsweise Dibutylzinndilaurat Dibutylzinndiacetat
und DibutylzinndioctoaL
Unter den oben erörterten Verhältnissen wird der Silanol-Kendensationskatalysstor nach der Umsetzung
des Äthylen-Alkylacrvlat-Copolymeren mit dem Silan
eingeführt Der Katalysator kann als solcher hinzugegeben oder- in situ durch Hydrolyse des Silans oder
beispielsweise durch die thermische Zersetzung eines Stoffs, aus dem ein Amin oder ein andere? Süanolkondensationskatalysator
als Zersetzungsprodukt freigesetzt wird, erzeugt werden.
Nach einer anderen Methode wird das Produkt von Stufe (A) mit einer wäßrigen Dispersion oder Lösung
eines Zinncarbexylats zusammengebracht
Außer dem Silanol-Kondensstionskatalysator oder einem einen solchen bildenden Stoff kann das
Copolymere gewünschtenfalls übliche andere Bestandteile,
beispielsweise Pigmente, Antioxydantien und Füllstoffe wie Ruß enthalten.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vernetztes Äthylen-Alkylacrylat-Copolymeres zeichnet sich durch
verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Druckverformungsreste und verbesserte Eigenschaften bei der
Q'enalterung in Gegenwart von Luft aus. Das
erfindungsgemäße Verfahren kann deshalb mit Vorteil für die Bereitung von elektrischen Dotierungen und
Bestandteilen davon und anderen extrudierten Gegenständen w<e Behälter und Leitungen für heiße
Flüssigkeiten angewandt werdea Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Herstellung von vernetzten
Klebstoffen Anwendung finden.
Vor Durchführung der Stufe (B) kann das vernetzbare Äthylen-Alkylacrylat-Copolymer, dis nach Stufe (A)
hergestellt worden ist, falls erwünscht, mit Polyäthylen
selbst oder mit Polyäthylen oder chloriertem Polyäthylen, das durch uas gleiche Verfahren oder ein ähnliches
Verfahren vernetzbar gemacht worden ist, vermischt werden.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel, in dem Teile Gewichtsteile sind, näher erläutert.
Das in diesem Beispiel verwendete Äthylen-Alkylacrylat-Copolymerc
enthält etwa 18 Gewichtsprozent Äthylacrylal und hat einen SchmelzfluQindex von 6,3
g/10 Minuten. 100 Teile dieses Copolymeren in Schuppenform werden mit einer Lösung von 0308
Teilen Dicumylperoxid in 2,0 Teilen Vinyltrimethoxysi· lan umgewälzt, bis die gesamte Lösung auf der
Oberfläche des Copolymeren dispergiert ist. Das so erhaltene Material wird dann mit einer Geschwindigkeit
von etwa 110 g/Minute durch eine Knetvorrichtung
geleitet, wobei sowohl die Knet· als auch Granulierschrauben der Vorrichtung bei einer Temperatur von
2000C betrieben werden. Das modifizierte Polymere
(Schmelzflußindex 1,5 g/10 Min.) wird in Form von
Körnern oder Plätzchen gewonnen.
95 Teile des Copolymerisal-Pfropfproduktes werden mit 5 Teilen unmodifizieriem Polyäthylen, die 0.25 Teile
Dibutylzinndilaurai enthalten, bei 130°C unier Verwendung
eines Plaslographen vermischt
Nach der Entfernung aus dem Plaslographen werden die Polymerisatstücke bei 180° C zu gleichmäßigen
Tafeln mit einer Dicke von 3 mm vcrpreßl.
Die Vernetzung der Copolymcrisatiafeln wird dadurch bewirkt, daß sie 20 Stunden in Wasser von 80*C
eingetaucht werden. Der in jedem einzelnen Fall erzielte Vernetzungsgrad wird durch Bestimmung des
Gehalts an unlöslichen Stoffen in der behandelten Platte ermittelt. Die Bestimmung erfolgt durch 20stUndige
Extraktion des Materials in siedendem Xylol. Die erhaltenen Ergebnisse sind zusammen mit einem
Vergleichswerl für unbchandeltes Copolymerisat in der
folgenden Tabelle wiedergegeben.
Material
Gel-Gehall
-<> Silanmodifiziertes Copolymerisat
unmodiftziertes Copolymerisat
unmodiftziertes Copolymerisat
76
0
0
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines vernetzten Copolymeren des Äthylens, bei dem man (A) das
Copolymerisat des Äthylens mit einem Silan der allgemeinen Formel
RR'SiYa
worin R einen über eine Silieium-Kohlenstoff-Bindung
an Silicium gebundenen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und gegebenenfalls Sauerstoff bestehenden
einwertigen olefinisch ungesättigten Rest, jeder Rest Y einen hydrolysierbaren organischen
Rest und R' einen von aliphatischen Mehrfachbindungen freien einwertigen Kohlenwasserstoffrest
oder einen Rest Y bedeuten, in Gegenwart einer freie Radikale erzeugenden Verbindungen bei einer
Temperatur von über 1400C umsetzt, wobei die freie
Radikale erzeugende Verbindung bei der Reaktionstemperatur eine Halbwertzeit von weniger als 6
Minuten hai, und (B) aosehlteSend das Produkt von
(A) in Gegenwart eines Sflanol-Kondensationskatatysators -der Einwirkung von Wasser aussetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß man bei(A) ein Copolymerisat von Äthylen und mindestens
einem Alkylacrylat mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen im Molekül, das 5 bis 40 Gewichtsprozent von
Alkylacrylat stammende Einheiten enthält, einsetzt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die freie Radikale erzeugende Verbindung in einem Verhältnis von 0.005 bis 0,75
Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Copolymer«!, verwendet
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