DE2401940B2 - Polysulfidmischpolymere und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Polysulfidmischpolymere und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
Etwa aus der US-PS 33 52 837 ist es bekannt, Kondensationsprodukte von monohalogenierten Derivaten
aliphatischer Epoxide mit Alkali- oder Erdalkalisulfiden oder -polysulfiden herzustellen. Es ist auch aus
zahlreichen Patentschriften bekannt, Kondensationsprodukte dihalogenierter Verbindungen, wie von t>o
Dichloräthylformal, Äthylendichlorid und 1,2-Dichlorpropan,
mit Natriumpolysulfiden herzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand nun darin, derartige Polysulfidpolymere in der
Form von Elastomeren oder Flüssigkeiten mit verbes- μ serter Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel zu
bekommen.
Die erfindungsgerruißen Polysulfidmischpolymeren in
Form von Elastomeren mit einem Molekulargewicht oberhalb 70 000 oder von Flüssigkeiten mit einem
Molekulargewicht von 500 bis 10 000 und jeweils mit SH-Endgruppen bestehen aus 15 bis 85 Mol-%
2-Hydroxypropyleneinheiteii und 85 bis 15 Mol-% Diäthylenformaleinheiten, welche über Polysulfidgruppen
miteinander verbunden sind, und gegebenenfalls 0,25 bis 4 Mol-% Vernetzungsmitteleinheiten. Die
Polysulfidgruppen sind dabei willkürlich in dem Polymergerüst angeordnet. Das Molekulargewicht der
flüssigen Polysulfidmischpolymeren liegt vorzugsweise bei 1000 bis 6000.
Die 2-Hydroxypropyleneinheiten stammen aus Epihalogenhydrinen,
die als Comonomere verwendet werden, und diese sind Epichlorhydrin, Epibromhydrin,
Epifluorhydrin und Epijodhydrin. Epichlorhydrin ist bevorzugt, da es ein handelsübliches Produkt und leicht
in großen Mengen erhältlich ist. Der Gehalt an 2-Hydroxypropyleneinheiten liegt vorzugsweise bei 30
bis 70 Mol-%.
Die Diäthylenformaleinheiten stammen aus Dichloräthylformal, das leicht erhältlich ist oder nach einem
relativ einfachen Verfahren hergestellt werden kann, indem man Äthylenchlorhydrin und Formaldehyd unter
kontinuierlicher Wasserentfernung bis zur Beendigung der Reaktion miteinander umsetzt. Geeignete Vernetzungsmittel
sind beispielsweise organische Halogenverbindungen mit drei oder mehr Halogenatomen, wie
1,2,3-Trichlorpropan.
Die erfindungsgemäßen Polysulfidmischpolymeren werden in der Weise hergestellt, daß man 15 bis 85
Mol-% Epihalogenhydrin und 85 bis 15 Mol-% Dichloräthylformal, jeweils bezogen auf die Comonomeren,
mit 1,3 Mol je Mol der gemischten organischen monomeren Reaktionspartner, eines Alkali- oder
Erdalkalipolysulfide und Alkali- oder Erdalkalisulfhydrates, wobei das Sulfhydrat in äquimolarer Menge
bezüglich des Epihalogenhydrins vorliegt, gegebenenfalls unter Zusatz von 0,25 bis 4 Mol-% eines
Vernetzungsmittels in der Form eines Monomers, bezogen auf die Monomeren, bei Temperaturen von 71
bis 99° C umsetzt, wobei das insgesamt verwendete Polysulfid das gebildete Na2S + das ursprüngliche
NajS« ist und die Schwefelatomzahl χ in der Schwefelkette
des Na2S, bei Mitteilung mit dem gebildeten Na2S
so gewählt worden ist, daß man eine mittlere Schwefelatomzahl pro Schwefelkette von 2,25 bekommt,
und gegebenenfalls die Polysulfidmischpolymeren durch Umsetzung mit Natriumsulfhydrat, Natriumsulfit
und Natriumbisulfit in bekannter Weise in flüssige Polymere aufspaltet.
Die Epoxydgruppe des Epihalogenhydrinmoleküls reagiert mit dem wäßrigen Na2S, unter Bildung eines
Mols NaOH je Mol Epihalogenhydrin. Aus diesem Grund wird 1 Mol NaSH je Mol Epihalogenhydrin zu
dem Na2S,bei Beginn der Polymerisation zugesetzt, um
das NaOH, wenn es gebildet wird, in Na2S umzuwandeln.
Die insgesamt verwendete Polysulfidmenge sollte dem gebildeten Na2S plus dem ursprünglichen Na2SA
entsprechen. Die Schwefelatomzahl χ in der Schwefelkette des Na2Sv wird so gewählt, daß man eine mittlere
Schwefelatomzahl pro Schwefelkette von 2,25 bekommt, wenn man mit dem gebildeten Na2S mittelt. So
würden für eine Polymerisation von 1 Mol Dichloräthylformal und 1 Mol Epihalogenhydrin 1,6 Mol
verwendet werden, da ein Mol gebildetes
insgesamt 2,6 Mol Polysulfid einer mittleren Schwefelatomzahi in der Schwefelkette von 2,25 ergeben würde.
verwendet werden, da ein Mol gebildetes
insgesamt 2,6 Mol Polysulfid einer mittleren Schwefelatomzahi in der Schwefelkette von 2,25 ergeben würde.
Demnach kann die Umsetzung durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:
η CH2 CH-CH2X + η CIC2H4OCH2OC2H4Cl + η Na2S1 + π NaSH
CH2CH-CH2Sj1C2H4OCH2OC2H4S,,-^- + 2π NaCI + η NaX
OH
Hierin ist y kleiner als x, und X bedeutet Halogen. Als
Alkalipolysulfid wird zweckmäßig Natriumpolysulfid und als Alkalisulfhydrat zweckmäßig Natriumsulfhydrat
verwendet.
Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Mischpolymeren nach der Erfindung aus
49,75 Mol-% Dichloräthylformal, 49,75 Mol-% Epichlorhydrin
und 0,5 Mol-% 1,2,3-Trichlorpropan als Vernetzungsmittel.
Die folgenden Bestandteile wurden in den angegebenen Mengen verwendet:
Bestandteil
Molzahl Menge
Natriumpolysulfid | 4,8 | 697,0 g |
(Schwefelatomzahl 3,1) | ||
Natriumsulfhydral, 70%ig | 2,985 | 238,8 g |
Nutriumsulfonat (5%ige | - | 39,0 ml |
Lösung) | ||
Natriumhydroxid (50%igc | 0,62 | 32,2 ml |
Lösung) | ||
Magnesiumchlorid (25%ige | 0,31 | 228,0 ml |
Lösung) | ||
Dichloräthylformal | 2,985 | 516,4g |
Epichlorhydrin | 2,985 | 276,1g |
1,2,3-Trichlorpropan | 0,03 | 4,4 g |
Das Natriumpolysulfid wurde auf eine mittlere Schwefelatomzahl in der Schwefelkette von 3,1
eingestellt, indem Polysulfide einer Schwefelatomzahl 2 mit solchen einer Schwefelatomzahl 4 vermischt
wurden. Das Natriumpolysulfid wurde zusammen mit dem Natriumsulfhydrat, dem Natriumsulfonat und dem
Natriumhydroxid in den Reaktionsbehälter eingeführt, worauf dieser auf 93°C erhitzt und mit einer
Stickstoffatmosphäre bedeckt wurde. Wenn die Reaktortemperatur 91 bis 93°C erreicht hatte, wurde die
Magnesiumchloridlösung zugesetzt, um mit dem Natriumhydroxid unter Bildung von kolloidalem Magnesiumhydroxid
zu reagieren. Dichloräthylformal, Epichlorhydrin und Trichlorpropan wurden vermischt und dem
Reaktor als ein Gemisch während 1 Stunde zugegeben, während die Temperatur auf 93° C gehalten wurde.
Sodann wurde der Reaktor 1 Stunde auf 99°C gehalten. Die verbrauchten Natriumpolysulfide wurden dann
durch wiederholtes Verdünnen mit warmem Wasser weggewaschen, sodann wurde durch Zugabe von
Essigsäure koaguliert, abfiltriert und sodann in einem Ofen getrocknet.
Das Ergebnis war ein Stück roher elastomerer Poiysulfidkautschuk, der, wenn Stücke von ihm in
aromatische Lösungsmittel gelegt wurden, geringere Lösungsmittelquellung als ein ähnlich hergestellter
Kautschuk ohne 2-Hydroxypropyleneinheiten darin besaß.
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von hochmolekularem Poiysulfidkautschuk mit SH-Endgruppen.
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde zweimal wiederholt, zunächst ohne Trichlorpropan und dann mit
2% Trichlorpropani, wobei zwei Latices erhalten
wurden. Zu jedem Latex wurden Natriumsulfit, Natriumbisulfid und Natriumsulfhydrat in ausreichenden
Mengen zugesetzt, um den Latex zu koagulieren, SH-Endgruppen zu bekommen und einen Rohkautschuk
mit einem Molekulargewicht von etwa 80 000 bis
100 000 zu produzieren. Jedes dieser hochmolekularen Polysulfidrohprodukte wurde in üblicher Weise verschnitten,
und die resultierenden Eigenschaften wurden mit denen eines ähnlich verschnittenen bekannten
Polysulfidpolymeren verglichen, das keine 2-Hydroxypropyleneinheiten im Polymergrundgerüst enthielt,
aber über 2% Trichlorpropan vernetzt war und ein Molekulargewicht von 80 000 bis 100 000 basaß.
Wie aus der Tabelle I ersichtlich ist, waren die physikalischen Eigenschaften ähnlich, doch die Lösungsmittelbeständigkeit,
gemessen durch die Volumenquellung, war bei den Mischpolymeren nach der Erfindung
nach einer Woche bei Raumtemperatur wesentlich besser als bei dem anderen Polysulfidpolymeren.
Bestandteil
Bekanntes Polysulfidpolymeres (über 2% Trichlorpropan vernetzt) |
100 | 100 | — |
50 Mischpolymeres Trichlorpropan nach der Erfindung |
— | — | 100 |
Mischpolymeres mil 2% Trichlor propan nach der Erfindung |
— | 60 | 60 |
55 Ruß | 60 | 1 | 1 |
Stearinsäure | 1 | 5 | 5 |
Zinkperoxid | 5 | 1 | 1 |
Kalk | 1 | ||
Physikalische Eigenscharten
Zerreißfestigkeit | 79 | 70 | 58 |
65 Dehnung, % | 290 | 420 | 120 |
100'/„-Modul, kg/cm2 | 30 | 21 | 44 |
Härte, Shore A | 72 | 73 | 78 |
I-'ort Setzung
Physikalische lligenschal'len
Volumenquellung, %, in | 82,0 | 29,5 | 25,6 |
Toluol | 54,0 | 59,8 | 47,6 |
Methyläthylketon | 122,2 | 52,1 | • 42,0 |
Benzo' | 45,0 | 38,9 | 31,3 |
Äthvlacetat | |||
Die Zusammensetzungen wurden 30 Minuten bei 154° C gehärtet.
HS(C2H4-O-CH2-O-C2H4-S-
mit etwa 0,5% Vernetzung wurde in gleicher Weise verschnitten und gehärtet, und die Lösungsmittelbeständigkeit
der Materialien wurde verglichen. Das bekannte Polysulfidpolymere ist das äquivalente Polymere zu dem
Mischpolymeren nach der Erfindung, doch ohne 2-Hydroxypropyleneinheiten. Die Lösungsmittelbeständigkeit
der gehärteten Massen wurde nach einwöchi-
Tabclle Il
In diesem Beispiel wurde der Latex des Beispiels 1,
hergestellt aus 49,75% Epichlorhydrin, 49,75% Dichlor-
■> äthylformal und 0,5% Trichlorpropan, aufgespalten, um
ein flüssiges Polysulfidpolytneres mit SH-Endgruppen und einem Molekulargewicht von 4000 zu ergeben.
Dies erfolgte durch Zugabe von Natriumsulfhydrat, Natriumsulfit und Natriumbisulfit, wie in »Rubber
in Chemistry and Technology«, Band 41, No. 1, Februar
1968, Seiten 124 bis 126, beschrieben ist.
Dieses flüssige Polysulfidmischpolymere wurde dann verschnitten und mit normalen Polysulfidbestandteilen
und nach üblichen Verfahren gehärtet. Bekanntes flüssiges Polysulfidpolymeres der Formel
SJ23 C2H4 O CH2 O C2H4 SH
gern Eintauchen bei Raumtemperatur in verschiedene Lösungsmittel bestimmt. Das Mischpolymere zeigte
bessere Lösungsmittelbeständigkeit in aromatischen Lösungsmitteln als das bekannte Polysulfidpolymere
und die gleiche Beständigkeit gegenüber Wasser. Die Zusammensetzungen und Lösungsmittelquellung sind in
Tabelle II zusammengestellt.
Bestandteile
Bekanntes Polysulfidpolymeres | 100 | 100 | — |
Polysulfidmischpolymeres | - | - | 100 |
nach der Erfindung | |||
Ruß | 30 | 30 | 30 |
Stearinsäure | 1 | I | 1 |
Schwefel | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Bleioxid | 7,5 | 15,0 | 15,0 |
Chloriertes Biphenyl als | 7.5 | 15,0 | 15,0 |
Weichmacher | |||
Physikalische Eigenschaften | |||
Zerreißfestigkeit, kg/cm3 | 46 | 38 | 46 |
Dehnung, % | 760 | 680 | 300 |
100%-Modul, kg/cm2 | 12 | 10 | 20 |
200%-Modul, kg/cm2 | 3.6 | 3,3 | 4,1 |
Volumenquellung, % | |||
Äthylacelal | 25,6 | 33,1 | 16,8 |
Methyläthylketon | 60,6 | 55,3 | 42,0 |
Toluol | 114,2 | 101,5 | 16,8 |
Benzol | 211,9 | 195,5 | 34,9 |
Xylol | 34,9 | 34,9 | 8,0 |
Wasser | 0 | 0 | 0 |
Das Verfahren der Beispiele 1 und 3 wurde unter Verwendung von 49 Mol-% Dichloräthylformal, 49
Mol-% Epichlorhydrin und 2 Mol-% Trichlorpropan wiederholt. Anstelle von Natriumpolysulfid, Natriumsulfhydrat,
Natriumhydroxid und der anderen Natriumsalze wurden die entsprechenden Kaliumsalze verwendet,
d. h. Kaliumpolysulfid, Kaliumsulfhydrat, Kaliumhydroxid usw.
Das resultierende flüssige Polysulfidmischpolymere wurde verschnitten und 7 Tage bei Raumtemperatur
gehärtet, worauf die Volumenquellung bestimmt und mit gleichermaßen behandeltem bekanntem Polysulfidpolymeren
der Formel
HS (C2H4 O CH2 0"C2H4SS)21-C2H4-O-CH2 O C2H4 SH
mil 2,0% Vernetzung verglichen wurde. Letzteres besaß ein ähnliches Molekulargewicht und einen ähnlichen
24 Ol 940
Vernetzungsgrad, doch keine 2-Hydroxy propyleneinheiten.
Die Zusammensetzungen und Volumenquellungcn sind in der Tabelle 111 zusammengestellt. Wie ersichtlich
ist, besitzt das errindungsgemüße Mischpolymere eine
viel bessere Beständigkeit gegen aromatische Lösungs-
TaIiClIe III
mittel, eine äquivalente Beständigkeit gegen Essigsäun
und eine schlechtere Beständigkeit gegen Alkohole. Dit schlechtere Beständigkeit gegen Alkohole war weger
des hohen Hydroxylgehaltes zu erwarten, doch ist die gute Beständigkeit gegen Wasser äußerst überraschend
Bestandteile | 1 | 2 | .1 | - |
Bekanntes Polysullidpolymeres | 100 | 100 | 100 | |
Polysulfidmischpolymeres | - | - | ||
nach der Erfindung | 30 | |||
Ruß | 30 | 30 | 1 | |
Stearinsäure | I | 1 | 12,5 | |
Bleidioxid | 77,5 | 12,5 | 12,5 | |
Chloriertes Biphenyl als | 7,5 | 12,5 | ||
Weichmacher | ||||
VolumeiHiuellung, % | 12,2 | |||
10%ige Essigsäure | 16,7 | 12,2 | 12,2 | |
Fet räch lorkohlenslolV | 39,7 | 30,2 | 25,6 | |
Älhylacetat | 39,7 | 30,2 | -3,5 | |
Leinsamenöl | -3,5 | -.1,5 | 53,3 | |
Methyläthylkelon | 71,5 | 67,2 | 21,0 | |
Ft)IiK)I | 101,5 | 100,0 | 12,2 | |
Xylol | 34,9 | 25,6 | 0 | |
Wasser | 0,6 | 1,5 | 19,4 | |
Diacetonalkohol | 13,1 | 8,0 | 24,6 | |
Uutvlearbitol | 14,1 | 9,9 |
Die Verfahren der Beispiele I und 3 wurden mit der Ausnahme wiederholt, daß die Zusammensetzungen der
Polysulfidpolynieren, wie nachfolgend gezeigt, variiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, daß, wenn die
Monomerenbesehiekung 80% Epichlorhydrin enthielt, das gehärtete flüssige Polymere nur an der Grenze
liegende elastomere Eigenschaften, aber bessere Lo-
labelle IV
sungsmittelbeständigkeit besaß. Wenn umgekehrt dii
Monomerenbesehiekung 20% Hpibromhydriii enihieli
war die verbesserte Lösungsmiltelbeständigkeii, ob wohl vorhanden, merklich herabgesetzt.
Tabelle IV zeigt die Zusammensetzung der Monome rcnbeschickung in Molprozenlsätzcn und die Menge ai
Natriumpolysulfid und Natriumsulfhydrat in Molen fii die Polymerenherstellung, bezogen auf die Ges.imtmo
nomerenbeschickung von 6,0 Mol.
lieslandteile
% der Monomerheschickung a h c
Epichloihydrin
Kpihromhydrin
lipijodhyclrin
Dichlorälhyllormal
Triehlorpi'opan
Natriumpulysulfid
Schwelelatom/ahl 4,22
Schwel'elatom/ahl 3,4X
Schwefelatom/alil 3,10
Schwelelalom/ahl 2,H0
Schwelelalom/iihl 2,48
Nalritimstillhvilral
Nalritimstillhvilral
80
0,5
50 | i | 20 |
49 | 59 | 78 |
I | 2 | ·> |
lirl'orderlichc Mol/ahl des Bestandteils
3,02
4,78
3,92
3,88
4,80
2,99
5,40
2,40
2,40
6,60
1.20
1.20
Claims (5)
1. Polysulfidmischpolyinere in Form von Elastomeren mit einem Molekulargewicht oberhalb 70 000
oder von Flüssigkeiten mit einem Molekulargewicht von 500 bis 10 000 und jeweils mit SH-Endgruppen,
bestehend aus 15 bis 85 Mol-% 2-Hydroxypropyleneinheiten
und 85 bis 15 Mol-% Diäthylenformaleinheiten, welche über Polysulfidgruppen miteinander in
verbunden sind, und gegebenenfalls 0,25 bis 4 Mol-% Vernetzungsmitteleinheiten,
2. Verfahren zur Herstellung von Polysulfidmischpolymeren
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 15 bis 85 Mol-% Epihalogenhydrin und
85 bis 15 Mol-% Dichloräthylenformal, jeweils bezogen auf die Comonomeren, mit 1,3 Mol je Mol
der gemischten organischen monomeren Reaktionsparlner, eines Alkali- oder Erdalkalipolysulfide und
Alkali- oder Erdalkalisulfhydrates, wobei das Sulfhydrat in äquimolarer Menge bezüglich des Epihalogenhydrine
vorliegt, gegebenenfalls unter Zusatz von 0,25 bis 4 Mol-% eines Vernetzungsmittels in
der Form eines Monomeren, bezogen auf die Monomeren, bei Temperaturen von 71 bis 99° C
umsetzt, wobei das insgesamt verwendete Polysulfid das gebildete Na2S + das ursprüngliche Na2S, ist
und die Schwefelatomzahl χ in der Schwefelkette des Na2S»bei Mittelung mit dem gebildeten Na?S so
gewählt worden ist, daß man eine mittlere jo Schwefelatomzahl pro Schwefelkette von 2,25
bekommt, und gegebenenfalls die Polysulfidmischpolymeren durch Umsetzung mit Natriumsulfhydrai,
Natriumsulfit und Natriumbisulfit in bekannter Weise in flüssige Polymere aufspaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vernetzungsmittel 1,2,3-Trichlorpropan
verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalipolysulfid Natri- -to
umpolysulfid verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalisulfhydrat Natriumsulfhydrat
verwendet.
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-
1974
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