DE2462476A1 - Modifizierte elastomere, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

Modifizierte elastomere, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

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DE2462476A1 DE19742462476 DE2462476A DE2462476A1 DE 2462476 A1 DE2462476 A1 DE 2462476A1 DE 19742462476 DE19742462476 DE 19742462476 DE 2462476 A DE2462476 A DE 2462476A DE 2462476 A1 DE2462476 A1 DE 2462476A1
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Description

11 Modifizierte Elastomere, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung "
Priorität: 22. März 1974, Japan, Nr. 32 766/74
Es ist bekannt, daß Elastomere zur Herstellung von Gummi im allgemeinen einer speziellen Weiterverarbeitung, beispielsweise einer Vulkanisation oder Vernetzung, unterzogen werden müssen, woduroh ihre Verwendungsmöglichkeiten und ihre Verarbeitbarkeit eingeschränkt werden. Um diese spezielle ¥eiterverarbeitung und die beim Vulkanisieren auftretenden Schwierigkeiten zu vermeiden, müssen die Elastomere selbst reaktionsfähig gemacht werden. Die beim Vulkanisieren der Elastomere auftretenden Schwierigkeiten können erheblich verringert werden, wenn in die Elastomere selbst bestimmte reaktionsfähige Reste eingeführt werden. Die dann entstehenden reaktionsfähigen Elastomere können dank ihrer Reaktionsfähigkeit einem weiten Verwendungsbereich zugeführt werden.
Die vorstehend angegebenen Gründe erfordern also die Entwicklung von modifizierten elastomeren Polymerisaten, die zusätz-
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lieh zu den für das Polymerisat charakteristischen Eigenschaften reaktionsfähige Gruppierungen oder Zentren, zum Beispiel durch Verwendung von Phenolverbindungen, in ihren Molekülen enthalten. ■·■'..
Es gibt einige Veröffentlichungen über die Polymerisation von phenolischen Verbindungen, die eine olefinische Doppelbindung in der α-Stellung der Seitenkette aufweisen. Aus diesen Veröffentlichungen ist bekannt, daß bei Verwendung von herkömmlichen, für die radikalische Polymerisation eingesetzten Initiatoren die Polymerisation nur schwierig durchführbar ist. Aus der JA-OS Nr. 15 496/1972 ist bekannt, daß ein phenolisches Copolymerisat dadurch hergestellt werden kann, daß man die Phenolverbindung mit einem konjugierten Diolefin in Gegenwart eines für die radikalische Polymerisation üblichen Initiators copolymer!siert. Die Copolymerisation gemäß diesem Verfahren erfordert jedoch nicht nur die Verwendung eines organischen Lösungsmittels, sondern erfordert auch äußerst komplizierte Maßnahmen, Das Polymerisationsgemisch muß nämlich zuerst durch Abkühlen verfestigt, dann wieder auf Raumtemperatur erwärmt und schließlich bei der erforderlichen Temperatur polymerisiert werden. Die Ausbeute beträgt nur 20 bis 30 Prozent der Theorie, weshalb dieses Verfahren großtechnisch nicht interessant ist. Der Grund für die niedrige Ausbeute beruht vermutlich darauf, daß die Phenolverbindung, die bei der Copolymerisation verwendet wird, als Monomer wenig stabil ist, da sie eine Hydroxylgruppe in der p-Stellung zum Kohlenstoffatom aufweist, an das eine Seitenkette mit einer olefinischen Doppelbindung in der Lα-Stellung gebunden ist. Sie wandelt sich unter Freisetzen J
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eines Wasserstoffatoms oder durch Dimerisierung oder Trimerisierung in eine stabile Form um, wodurch die Copolymerisation schwierig wird oder sich leicht ein unerwünschtes Homopolymerisat bildet. - '
Aus diesem Grunde kann das Copolymerisat, das die Funktion eines phenolischen Copolymerisats hat, nur ohne die für das Diolefin-Polymerisat charakteristischen Eigenschaften hergestellt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, modifizierte elastomere Polymerisate mit phenolischen Hydroxylgruppen an der Seitenkette zu schaffen, die zusätzlich zu den für das Polymerisat charakteristischen Eigenschaften reaktionsfähig sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe eignet sich nach der Erfindung der in den Ansprüchen gekennzeichnete Gegenstand.
Der Ausdruck "Alkylrest" bedeutet für R1-, R2, R3 und R^ Reste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und für Rp- einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Bevorzugt sind Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Die Methylgruppe ist besonders bevorzugt.
Das erfindungsgemäß eingesetzte 3-Hydroxystyrolderivat ist ein kationisch oder radikalisch polymerisierbares Monomer der allgemeinen Formel I. Spezielle Beispiele für dieses Monomer sind 3-Hydroxystyrol, 3-Hydroxy-a-methylstyrol, 3-Hydroxy-4-methylstyrol, 3-Hydroxy-4,6-dimethylstyrol, 3-Hydroxy-4,6-diisopro-
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pylstyrol, 3-Hydroxy-4-tert.-butylstyrol, 3-Hydroxy-4,6-ditert.-butylstyrol, 3-Hydroxy-4-methyl-α-methylstyrol, 3-Hydroxy 4-isopropylstyrol, 3-Hydroxy-4,6-dimethyl-a-methylstyrol, 3-Hydroxy-4-isopropyl-a-methylstyrol, 3-Hydroxy-4,6-diisopropyl-a-methylstyrol, 3-Hydroxy-4-tert.-butyl-a-methylstyrol, 3-Hydroxy-4,6-di-tert.-butyl-a-methylstyrol, 3-Hydroxy-4-nonylstyrol und 3-Hydroxy-4-nonyl-a-methylstyrol. Diese 3-Hydroxystyrolderivate können einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäß eingesetzte 3-Hydroxystyrolderivat der allgemeinen Formel I kann anteilig noch 4-Hydroxystyrol, 4-Hydroxy a-methylstyrol und/oder deren im Benzolkern alkylierte Derivatej jedoch in geringeren Mengen als das 3-Hydroxystyrolderivat selbst enthalten.
Zur Herstellung der Elastomerkomponente geeignete konjugierte Diolefine sind z.B. Butadien, Isopren, 1,3-Pentadien und Chloropren. Außerdem eignen sich z.B. ungesättigte Nitrile, wie Acrylnitril, aromatische Monovinylkohlenwasserstoffe, wie Styrol, ungesättigte Carbonsäuren und ihre Ester, wie Acrylsäure und Methylmethacrylat, Vinylester, wie Vinylacetat, und Monoolefine, wie Äthylen, Propylen und Isobuten. Diese Monomere können einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden.
Als Elastomere für die Pfropfcopolymerisation können z.B. Äthylen-Propylenkautschuke, lösungspolymerisierte Styrol-Butadienkautschüke, cis-Polybutadienkautschuke und Polyisopren-
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kautschuke verwendet werden. Sie werden durch Verwendung eines anionischen oder anionischen Koordinations-Polymerisationsinitiators, z.B. eines Ziegler-Katalysators oder eines Alkyllithiumkatalysatojs, hergestellt. Außerdem kommen als Elastomere z.B. auch Polybutadienkautschuke, Styrol-Butadienkautschuke, Kautschuke mit hohem Styrolgehalt, Acrylnitril-Butadienkau tschuke, Butylkautschuke, Chloroprenkautschuke und Äthylen-Vinylacetatkautschuke in Frage. Sie werden durch Anwendung eines kationischen oder radikalischen Polymerisationsinitiators hergestellt.
Die Pfropfcopolymerisation kann als Emulsions-, Lösungs-, Block- oder Suspensionspolymerisation gegebenenfalls in Gegenwart eines Polymerisationsinitiators bei Temperaturen von 0 bis 3000C, vorzugsweise 40 bis 2000C, durchgeführt werden.
Als Emulgatoren können nichtionogene, anionaktive, kationaktive oder amphotere oberflächenaktive Verbindungen verwendet werden. Als Lösungsmittel verwendet man ein inertes Lösungsmittel, das die Monomeren und Initiatoren zwar löst, aber nicht mit ihnen reagiert. Beispiele hierfür sind aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol und Toluol, aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie η-Hexan und Cyclohexan, halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylchlorid und Methylenchlorid, und Äther, wie Tetrahydrofuran.
Als Polymerisationsinitiatoren eignen sich beispielsweise Hydroperoxide, wie Cumolhydroperoxid und p-Menthanhydroperoxid, Per-
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säuren und deren Ester, wie Pöressigsäure und Kaliumpersulfat, Peroxide, wie Laurylperoxid und Benzoylperoxid, sowie Azoverbindungen, wie 2,2I-Azobisisobutyronitril, oder deren Gemische.
Die Polymerisationszeit ist je nach den vorstehend genannten Variationsmöglichkeiten verschieden lang, beträgt aber im allgemeinen höchstens 48 Stunden.
Die nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen modifizierten Elastomere, die an den Seitenketten phenolische Hydroxylgruppen aufweisen, zeigen nicht nur eine ausgezeichnete Vernetzbarkeit unter Aufrechterhalten der für kautschukartige Polymerisate charakteristischen Eigenschaften, sondern weisen auch eine hervorragende thermische Stabilität, Haftfähigkeit und Klebrigkeit auf und sind mit Phenolkerne enthaltenden Polymeren gut verträglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann deshalb vorteilhaft für die Modifikation von Butadien-Einheiten enthaltenden Kautschuken, wie Polybutadienkautschuk, cis-Polybutadienkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Styrolkautschuk und Acrylnitril-Butadienkautschuk, eingesetzt werden, deren Eigenschaften in mancher Hinsicht einer Verbesserung bedürfen, beispielsweise hinsichtlich Vernetzbarkeit, thermische Stabilität, Haftfähigkeit, Klebrigkeit und Verträglichkeit mit Phenolkerne enthaltenden Polymeren. Die erhaltenen elastomeren Polymerisate können für übliche Verwendungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise
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als Trockenkautschuk oder Latex. Besonders in Form von Latex lassen sich die modifizierten Elastomere gut in der Textil- und Papierindustrie einsetzen oder als Anstrichmittel, Klebrigmacher, Klebstoffe und Beschichtungsmittel verwenden.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teil- und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1
Die Pfropfcopolymerisation von Polybutadien und einem Gemisch aus 3- und 4-Hydroxy-a-methylstyrol im Mengenverhältnis 7 : 3 wird in einem 1 Liter fassenden Glasgefäß, das mit einem Rührer ausgerüstet ist, mit folgenden Bestandteilen durchgeführt:
Menge,
Bestandteile Gewichtsteile
Polybutadi enlatex 100
3- und 4-Hydroxy-a-methylstyrol (7:3) VJl
Cumolhydroperoxid 0,75
Natriumsalz der hydrierten Abietin 2,0
säure (Natriumrhodinat).
Natriumpyropho sphat 0,5
Natriumhydroxid 0,15
Natriumsalz einer kondensierten Alkyl- 0,15
naphthalinsulfonsäure
Glucose 1,0
FeSO4 . 7H2O • 0,01
Wasser (einschließlich das im Latex 160,0
enthaltene Wasser)
Die Pfropfcopolymerisation wird 6 Stunden unter Stickstoff als Schutzgas bei 65' bis 850C.durchgeführt und durch Versetzen mit Methanol beendet. Die erhaltene Emulsion wird mit Magnesiurasul-
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fat versetzt, um das Polymerisat auszusalzen, das dann mit Wasser=gewaschen und getrocknet wird. Man erhält 104 Teile eines elastomeren Polymerisats. Unter Verwendung eines Soxhlet-Extraktors werden 10 g des erhaltenen Polymerisats mit Aceton in einen Aceton-lösuchen Teil und einen Aceton-unlöslichen Teil getrennt. Auf diese Weise wird das Homopolymerisat des Hydroxy-a-methylstyrols aus dem Polymerisat abgetrennt.
Der Aceton-lösliche Teil wird durch Verdampfen des Acetons als Feststoff (0,12 g) aus der Acetonlösung abgetrennt. Die Pfropfausbeute des 3- und 4-Hydroxy-cc-methylstyrols beträgt somit etwa 55 Prozent.
Beispiel 2
In einem 2 Liter fassenden Glasgefäß, das mit einem Rührer ausgerüstet ist, wird unter Stickstoff eine Lösung aus 100 Teilen cis-Polybutadien in 1000 Teilen Toluol bei 650C kräftig gerührt und mit einer Lösung von 1,2 Teilen Laurylperoxid in Toluol versetzt. Innerhalb 1 Stunde wird bei 650C durch einen Tropftrichter eine Lösung von 4 Teilen 3-Hydroxy-4-tert.- butylstyrol in Toluol eingetropft. Mit fortschreitender Umsetzung scheidet sich ein in Toluol unlösliches Produkt ab.
Nach beendeter Umsetzung wird das aus Toluol-löslichen und Toluol-unlöslichen Anteilen bestehende Reaktionsgemisch in eine große Menge Aceton gegeben. Es scheidet sich ein Pfropfcopolymerisat ab, das abfiltriert und bei 600C getrocknet wird. Man erhält 102,8 Teile eines elastomeren Polymerisats mit einer
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Mooney-Viskosität (ML1+^) von 45, gemessen bei 1000C. Die Pfropfausbeute des 3-Hyaroxy-4-tert.-butylstyrols beträgt etwa 70 %.
4/ '
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Modifizierte Elastomere mit phenolischen Hydroxylgruppen an der Seitenkette, hergestellt durch Pfropfcopolymerisation von
(a) 0,5 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Elastomerkomponente (b) eines 3-Hydroxystyrolderivats der allgemeinen Formel I
(D
in der R^, Rg, R,, R^ und Rc Alkylreste oder Wasserstoffatome darstellen, auf
(b) ein Elastomer, das durch Polymerisation mindestens eines Monomers aus der Reihe der konjugierten Diene, ungesättigten Nitrile, aromatischen Monovinylkohlenwasserstoffe, ungesättigten Carbonsäuren bzw. deren Ester, Vinylester und/ oder Monoolefine hergestellt worden ist.
2. Verfahren zur Herstellung der modifizierten Elastomere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) 0,5 bis 10. Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Elastomerkomponente (b) eines 3-Hydroxystyrolderivats der allgemeinen Formel I
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in der R^, R2, R,, R^ und R,- Alkylreste oder Wasserstoffatome darstellen, auf
(b) ein Elastomer, das durch Polymerisation mindestens eines Monomers aus der Reihe der konjugierten Diene, ungesättigten Nitrile, aromatischen Monovinylkohlenwasserstoffe, ungesättigten Carbonsäuren bzw. deren Ester, Vinylester und/ oder Monoolefine hergestellt worden ist,
pfropfcopolymerisiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pfropfcopolymerisation als Emulsions-, Lösungs-, Block- oder Suspensionspolymerisation gegebenenfalls in Gegenwart eines Polymerisationsinitiators bei einer Temperatur von 40 bis 2000C durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymerisationsinitiator ein Hydroperoxid, eine Persäure oder deren Ester, ein Peroxid oder eine Azoverbindung oder deren Gemisch verwendet.
5. Verwendung der modifizierten Elastomere nach Anspruch 1 als Trockenkautschuk oder Latex.
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