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