DE2550226C2 - Verzweigte Blockcopolymerisate und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Verzweigte Blockcopolymerisate und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft verzweigte Blockcopolymerisate, die aus einem überwiegenden Anteil einer monovinylaromatischen
Monomeren und einem geringeren Anteil eines konjugierten Diens aufgebaut sind und die hohe
Transparenz und Klarheit sowie gute mechanische Eigenschaften, insbesondere hohe Schlagzähigkeit besitzen.
Es ist bekannt, daß man durch Polymerisation von Styrol und Butadien mit Lithiumkohlenwasserstoffen als
Initiatoren Blockcopolymerisate erhalten kann, bei denen ein oder mehrere nicht-elastomere Polymerblöcke mit
einem oder mehreren elastomeren Polymerblöcken verbunden sind. Je nach dem Gehalt der Polymerblöcke im
Gesamtpolymerisat zeigen diese thermoplastischen Blockcopolymerisate nicht-elastomere oder elastomere
Eigenschaften. Durch aufeinanderfolgende Polymerisation der Monomeren ergeben sich Blockcopolymerisate
mit linearer Struktur. Wenn man solche linearen Blockcopolymerisate über mehrfunktionelle reaktionsfähige
Verbindungen miteinander kuppelt, resultieren verzweigte Blockcopolymerisate mit sternförmiger Struktur.
Solche verzweigten Blockcopolymerisate, wie sie beispielsweise in der GB-PS 9 85 614 beschrieben sind, haben
dabei eine symmetrische Struktur und zeigen im allgemeinen eine verbesserte Verarbeitbarkeit gegenüber den
linearen Blockcopolymerisäten.
Es ist weiterhin bekannt, daß Styrol-Butadien-Blockcopolymerisate mit hohem Styrolgehalt klare, schlagzähe
thermoplastische Produkte sind. Auch wenn die bisher entwickelten und vorgeschlagenen Blockcopolymerisate
dieser Art in mancher Hinsicht zufriedenstellende Eigenschaften besitzen, so erfüllen sie dennoch viele von der
Praxis her gestellte Forderungen nicht. Insbesondere lassen ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaf ten
zu wünschen übrig, oder aber die Produkte besitzen nicht die für viele Anwendungszwecke erstrebenswerte
Transparenz.
In der DE-OS 19 59 922 werden verzweigte Blockcopolymerisate mit sternförmiger Struktur aus einem
überwiegenden Anteil Styrol und einem geringeren Anteil eines konjugierten Diens beschrieben, die Schlagfestigkeit,
Klarheit, gute Verarbeitbarkeit und äußere Beständigkeit in einem Polymerisat vereinen sollen. Diese
verzweigten Blockcopolymerisate werden durch Kuppeln von Styrol-Dien-Zweiblockcopolymerisaten erhalten,
in denen die endständigen Polystyrolblöcke unterschiedliche Blocklängen besitzen, wodurch eine unsymmetrische
Struktur in den verzweigten Blockcopolymerisäten erzielt wird. Diese Produkte zeigen gegenüber den
symmetrischen verzweigten Blockcopolymerisäten wohl verbesserte Eigenschaften, doch vermögen sie hinsichtlich
ihres mechanischen Niveaus, insbesondere hinsichtlich ihrer Schlagzähigkeit, Dehnung und Streckspannung
nicht vollkommen zufriedenzustellen.
Unsymmetrisch verzweigte Blockcopolymerisate werden auch in der DE-OS 21 25 344 beschrieben. Als
Vorteil dieser Blockcopolymerisate, die mindestens in einer Verzweigung einen Homopolymerisatblock besitzen,
wird gegenüber den symmetrischen Blockcopolymerisäten die verminderte Viskosität der Polymerisate in
Lösung herausgestellt. Hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften (Schlagzähigkeit) sind die in der DE-OS
21 25 344 beschriebenen Polymerisate, wenn sie aus einem überwiegenden Anteil Styrol aufgebaut sind, ebenso
wie die aus der DE-OS 19 59 922 bekannten Produkte ungenügend.
Aufgabe der Erfindung war es, die mechanischen Eigenschaften von Styrol-Butadien-Blockcopolymerisaten,
die aus einem überwiegenden Anteil Styrol bestehen, zu verbessern und insbesondere Produkte mit erhöhter
Schlagzähigkeit und verbesserter Dehnung herzustellen. Die Produkte sollen darüber hinaus transparent und
möglichst glasklar sein und eine leichte Verarbeitbarkeit besitzen.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß nicht-elastomere, verzweigte Blockcopolymerisate aus einer
monovinylaromatischen Monomeren und einem konjugierten Dien, die einen ganz bestimmten Blockaufbau und
-struktur in den Verzweigungen besitzen, verbesserte Eigenschaften gegenüber vergleichbaren bekannten
Blockcopolymerisaten aufweisen.
Gegenstand der Erfindung sind demzufolge verzweigte Blockcopolymerisate aus 60 bis 95 Gewichtsprozent
einer monovinylaromatischen Monomeren und 40 bis 5 Gewichtsprozent eines konjugierten Diens mit 4 bis 8
Kohlenstoffatomen, welche aufgebaut sind aus nicht-elastomeren Polymersegmenten auf Basis der monovinylaromatischen
Monomeren und elastomeren Polymersegmenten auf Basis des konjugierten Diens und welche
hergestellt worden sind durch anionische Lösungspolymerisation der Monomeren mittels eines Monolithium-Kohlenwasserstoffs
als Initiator und anschließende Kupplung mit einem polyfunktionellen Kupplungsmittel. Die
verzweigten Blockcopolymerisate der Erfindung weisen im Durchschnitt eine Struktur der allgemeinen Formel
(A' -B-A2Jn-X-(A2^B)n,
auf, worin
A1 und A2 nicht-elastomere Polymersegmente auf Basis der monovinylaromatischen Monomeren und
B elastomere Polymersegmente auf Basis des konjugierten Diens bedeuten,
π und m Zahlen darstellen, wobei m gleich oder größer ist als π und die Summe von m und η mindestens 3 beträgt,
und
X steht für den Rest des polyfunktionellen Kupplungsmittels, über den die die Verzweigungen bildenden Polymerblöcke an den Polymersegmenten A2 chemisch miteinander verknüpft sind,
X steht für den Rest des polyfunktionellen Kupplungsmittels, über den die die Verzweigungen bildenden Polymerblöcke an den Polymersegmenten A2 chemisch miteinander verknüpft sind,
mit den Maßgaben, daß das oder die Polymersegmente A1 50 bis 80 Gewichtsprozent der gesamten monovinylaromatischen
Monomeren des verzweigten Blockcopolymerisats einpolynrsrisiert enthalten, der Übergang zwischen
den Polymersegmenten A1 und B scharf getrennt ist und der Übergang zwischen den Polymersegmenten
B und A2 allmählich erfolgt
Monovinylaromatische Monomeren, die für den Aufbau der erfindungsgemäßen verzweigten Blockcopolymerisate
in Betracht kommen, sind beispielsweise Styrol, die seitenkettenalkylierten Styrole, wie A-Methylstyrol,
und die kernsubstituierten Styrole, wie Vinyltoluol oder Äthylvinylbenzol. Die monovinylaromatischen Monomeren
können dabei allein oder in Mischung miteinander eingesetzt werden. Vorzugsweise wird jedoch Styrol
allein verwendet. Beispiele für konjugierte Diene, die erfindungsgemäß allein oder in Mischung miteinander für
die Herstellung der verzweigten Blockcopolymerisate herangezogen werden können, sind Butadien, Isopren,
sowie 2,3-Dimethylbutadien. Besonders günstig sind dabei Butadien oder Isopren, wobei wiederum Butadien
bevorzugt wird.
Die verzweigten Blockcopolymerisate der Erfindung sollen insgesamt 60 bis 95 Gewichtsprozent, insbesondere
70 bis 90 Gewichtsprozent der monovinylaromatischen Monomeren und 40 bis 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise
30 bis 10 Gewichtsprozent des konjugierten Diens, jeweils bezogen auf die insgesamt eingesetzten
Monomeren, einpolymerisiert enthalten. Das Molekulargewicht der verzweigten Blockcopolymerisate liegt
dabei in der Regel im Bereich von 100 000 bis 1 000 000 und beträgt vorzugsweise 150 000 bis 500 000. Bei diesen
Angaben handelt es sich um das Gewichtsmittel des Molekulargewichts, bestimmt durch Viskositätsmessungen
in Toluol bei 25° C.
Die erfindungsgemäßen verzweigten Blockcopolymerisate werden durch aufeinanderfolgende Polymerisate
der Monomeren in Lösung in Gegenwart eines Monolithium-Kohlenwasserstoffs als Initiator unter stufenweiser
Monomer- und Initiatorzugabe und anschließende Kupplung der erhaltenen lebenden linearen Blockcooolymerisate
mit einer polyfunktionellen reaktionsfähigen Verbindung als Kupplungsmittel im einzelnen wie folgt
hergestellt.
In einer ersten Verfahrensstufe wird zunächst das nicht-elastomere Polymersegment A' hergestellt, indem
man einen wesentlichen Teil der Gesamtmenge der monovinylaromatischen Monomeren mittels einer relativ
kleinen Menge des Monolithiumkohlenwasserstoffinitiators in einem inerten Lösungsmittel unter üblichen
Bedingungen polymerisiert. Hierbei sollen 50 bis 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise 60 bis 78 Gewichtsprozent
der Gesamtmenge der monovinylaromatischen Monomeren, die insgesamt für die Herstellung der verzweigten
Blockcopolymerisate verwendet wird, eingesetzt werden. Die Gesamtmenge an monovinylaromatischen Monomeren
für die Herstellung der verzweigten Blockcopolymerisate beträgt dabei 60 bis 95 Gewichtsprozent,
insbesondere 70 bis 90 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamten Monomeren, die bei der Polymerisatherstellung
verwendet werden.
Die Menge an eingesetztem Initiator in der ersten Verfahrensstufe richtet sich vor allem nach dem gewünschten
Molekulargewicht des Polymerisats und liegt im allgemeinen im Bereich von 0,2 bis 10 mMol pro Mol der in
dieser ersten Verfahrensstufe eingesetzten monovinylaromatischen Monomeren. Vorzugsweise werden für die
Polymerisation der ersten Verfahrensstufe 0,4 bis 2,5 mMol Initiator pro Mol der hierbei eingesetzten monovinylaromatischen
Monomeren verwendet. Als Initiator dienen die bekannten Monolithiumkohlenwasserstoffe der
allgemeinen Formel RLi, worin R einen aliphatischen, cycloaliphatische^ aromatischen oder gemischt aliphatisch-aromatischen
Kohlenwasserstoffrest darstellt. Der Kohlenwasserstoffrest kann 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatome
besitzen. Als Beispiele für die erfindungsgemäß einzusetzenden Lithiumkohlenwasserstoffinitiatoren
seien genannt: Methyllithium, Äthyllithium, (n-, ssc-, tert.-) Butyllithium, Isopropyllithium; Cyclohexyllithium;
Phenyllithium oder p-Tolylithium. Vorzugsweise· werden die Monolithiumalkylverbindungen mit 2 bis 6 Kohlen-
Stoffatomen in der Alkylgruppe eingesetzt, wobei n-Butyllithium und sec-Butyllithium besonders bevorzugt
sind.
Die Polymerisation der monovinylaromatischen Monomeren wird dabei in Lösung in einem inerten organischen
Kohlenwasserstofflösungsmittel durchgeführt Geeignete Kohlenwasserstofflös«ngsmittel sind aliphatisehe,
cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, die unter Reaktionsbedingungen flüssig sind und
vorzugsweise 4 bis 12 Kohlerstoffatome enthalten. Als Lösungsmittel kommen beispielsweise in Betracht
Isobutan,. n-Pentan, Isooctan; Cyclopentan, Cyclohexan, Cycloheptan; Benzol, Toluol, die Xylole und andere.
Ebenso können Gemische dieser Lösungsmittel eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, die Polymerisation in
Gegenwart geringer Mengen, im allgemeinen 10~3 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtlösungsmit-
tel, an Äthern, wie etwa Tetrahydrofuran, Dimethoxyäthan, Phenylmethyläther und anderen, durchzuführen,
wodurch in bekannter Weise die Polymerisationsgeschwindigkeit, die Konfiguration des Butadienpolymerisatsegments
B sowie auch der statistische Übergang zwischen den Segmenten B und A2 beeinflußt werden kann.
Vorzugsweise wird jedoch ohne Ätherzusatz gearbeitet. Die Konzentration der Monomeren in der Reaktionslösung
ist nicht kritisch und kann so eingestellt werden, daß jede gewünschte Vorrichtung für die Polymerisation
verwendet werden kann. Üblicherweise wird in 10 bis 30%igen Lösungen der inerten Lösungsmittel polymerisiert
Die Polymerisation erfolgt unter den für die anionische Polymerisation mit lithiumorganischen Verbindungen
üblichen Bedingungen, wie z. B. in Inertgasatmosphäre unter Luft- und Feuchtigkeitsausschluß. Die Polymerisationstemperatur
kann zwischen 0 und 120° C liegen und wird vorzugsweise zwischen 40 und 80° C gehalten.
Die Polymerisation in dieser ersten Verfahrensstufe wird bis zur praktisch vollständigen Umsetzung der
eingesetzten monovinylaromatischen Verbindungen geführt. Man erhält so eine Lösung von nicht-elastomeren,
lebenden linearen Polymeren aus den monovinylaromatischen Monomeren (Polymersegment A') mit aktiven,
endständigen Lithiumkohlenstoffbindungen, welche zur weiteren Anlagerung von Monomeren fähig sind.
In der zweiten Verfahrensstufe werden an die lebenden aktiven Kettenenden dieser Polymersegmente A1 die
Polymersegmente B und hieran anschließend die Polymersegmente A2 unter Bildung des Polymerisatblocks
(A1 — B—<A2) der Verzweigung anpolymerisiert. Gleichzeitig werden im selben Reaktor die eigenständigen
Copolymerisatblöcke (B —<·Α2) der Verzweigung hergestellt. Hierzu wird zu der auspolymerisierten Reaktionslösung
der ersten Verfahrensstufe nach Zugabe einer weiteren zusätzlichen Initiatormenge eine Mischung aus
den restlichen monovinylaromatischen Monomeren und dem konjugierten Dien zugesetzt und polymerisiert.
Die Menge an konjugiertem Dien beträgt dabei 5 bis 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 30 Gewichtsprozent
der zur Herstellung der erfindungsgemäßen verzweigten Blockcopolymerisate insgesamt eingesetzten
Monomeren. Die Menge an frischem Initiator, die der Reaktionslösung in der zweiten Verfahrensstufe zusätzlich
zugegeben wird, soll dabei mindestens gleich groß oder größer sein als die ursprüngliche Initiatormenge, die in
der ersten Verfahrensstufe der Polymerisation eingesetzt worden ist. Vorzugsweise wird in der zweiten Verfahrensstufe
das 1- bis 15fache und insbesondere das 1- bis lOfache der ursprünglich eingesetzten Initiatormenge an
weiterem frischen Initiator zugesetzt. Besonders günstig sind dabei 1- bis 5fache zusätzliche Initiatormengen,
insbesondere wenn, wie weiter unten ausgeführt wird, tri- oder tetrafunktionelle Kupplungsmittel bei der
nachfolgenden Kupplungsreaktion eingesetzt werden. Als Initiator kommen dabei die Monolithiumkohlenwasserstoffe
in Betracht, die auch in der ersten Verfahrensstufe verwendet werden können; vorzugsweise wird der
gleiche Initiator wie in der ersten Verfahrensstufe benutzt. Es ist dabei günstig, wenn der zusätzliche frische
Initiator der Reaktionslösung zugegeben wird, bevor man die Monomermischung aus den restlichen monovinylaromatischen
Monomeren und dem konjugierten Dien zusetzt.
In der zweiten Verfahrensstufe werden dabei die gleichen Polymerisationsbedingungen aufrechterhalten wie
in der ersten Verfahrensstufe, wobei auch jetzt wieder bis zum praktisch vollständigen Umsatz der Monomeren
polymerisiert wird. Dabei werden die in der zweiten Verfahrensstufe zugegebenen Monomeren sowohl an die
aktiven lebenden Kettenenden der zuvor gebildeten Polymersegmente A1 angelagert, als auch werden durch
den zusätzlichen frischen Initiator neue Ketten von lebenden Polymeren gebildet. Infolge der unterschiedlichen
Copolymerisationsparameter polymerisieren die konjugierten Diene dabei wesentlich rascher als die monovinylaromatischen
Monomeren, so daß nach Zugabe der Monomermischung in der zweiten Verfahrensstufe zunächst
überwiegend die konjugierten Diene und nur vereinzelt die monovinylaromatischen Monomeren einpolymerisiert
werden. Erst gegen Ende der Dienpolymerisation, d. h. wenn fast alles konjugierte Dien auspolymerisiert
ist, setzt die Polymerisation der monovinylaromatischen Monomeren in merklichem Maß ein, so daß der
überwiegende Anteil — in der Regel mehr als 70 und überwiegend bis zu 80 Gewichtsprozent — der in der
Monomermischung enthaltenen monovinylaromatischen Monomeren erst nach Verbrauch der konjugierten
Diene polymerisiert.
In der zweiten Verfahrensstufe wird also zunächst ein elastomeres Polymersegment B auf der Basis der
konjugierten Diene gebildet, welches ein Copolymerisat aus hauptsächlich dem konjugierten Dien und geringen
Mengen der monovinylaromatischen Monomeren ist, wonach anschließend ein nicht-elastomeres Polymersegment
A2 gebildet wird, welches nur aus den monovinylaromatischen Monomeren aufgebaut ist. Da der Anteil der
monovinylarorOatischen Monomeren gegen Ende des Polymersegments B immer stärker zunimmt und der
Anteil des konjugierten Diens dementsprechend ständig abnimmt, ist der Übergang zwischen den so gebildeten
PolymQrsegmehten B und A2 nicht scharf, sondern er erfolgt allmählich; vielfach spricht man daher auch von
einem ;i>verschihierten« Übergang zwischen den Segmenten. Dieser Tatsache wird in der allgemeinen Formel für
die erfindungsgemäßen verzweigten Blockcopolymerisate durch das Symbol —<· Rechnung getragen.
Nach Auspolymerisation der Monomermischung in der zweiten Verfahrensstufe liegt somit in der Reaktionslösun|!
ein Gemisch aus lebenden linearen Blockcopolymerisaten des Typs (A' — B —»A2)— Li und (B —»A2)-Li mit
aktive'i reaktionsfähigen Lithiumkohlenstoffbindungen jeweils am freien Ende der Polymersegmeiite A2 vor.
Das Verhältnis der zwei Typen von Blockcopolymerisaten in der Reaktionslösung entspricht dabei dem Initia-
torverhältnis in der ersten und zweiten Verfahrensstufe.
Das Gemisch dieser beiden Typen von aktiven lebenden linearen Blockcopolymerisaten wird dann in einem
weiteren Verfahrensschritt unter Zugabe einer polyfunktionellen reaktiven Verbindung als Kupplungsmittel
umgesetzt. Das verwendete polyfunktionelle Kupplungsmittel soll dabei mindestens trifunktionell sein, d. h. es
soll fähig sein, mit mindestens drei oder mehr der aktiven lebenden Blockcopolymerisatketten an deren endständigen
Lithiumkohlenstoffbindungen unter Ausbildung einer chemischen Verknüpfung zu reagieren, um ein
einziges, gekuppeltes und somit verzweigtes Blockcopolymerisat zu bilden. Die Kupplung von lithiumterminierten
lebenden Polymerisaten mit polyfunktionellen Kupplungsmitteln ist allgemein bekannt und beispielsweise in
den eingangs zitierten Druckschriften, insbesondere der GB-PS 9 85 614 beschrieben.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen verzweigten Blockcopolymerisate geeignete Kupplungsmittel
sind beispielsweise Polyepoxide, wie epoxidiertes Leinsamenöl, Polyisocyanate, beispielsweise Benzo- 1,2,4-triisocyanat,
Polyketone, wie 1,3,6-Hexantrion oder 1,4,9,10-Anthracentetron, Polyanhydride, wie beispielsweise das
Dianhydrid der Pyromellithsäure, oder Polyhalogenide. Ebenso können auch Dicarbonsäurester, z. B. Diäthyladipat
oder ähnliche, als Kupplungsmittel verwendet werden. Eine weitere bevorzugte Gruppe von Kupplungsmitteln sind die Siliciumhalogenide, insbesondere Siliciumtetrachlorid, Siliciumtetrabromid, Trichloräthylsilan
oder l,2-Bis-(methyidichiorsiiyi)-äthan. Weiterhin können ais Kuppiungsmittei auch Polyvinylaromaten, insbesondere
Divinylbenzol, eingesetzt werden, wie es beispielsweise in der US-PS 32 80 084 beschrieben ist. In
diesem Fall addieren sich einige Divinylbenzoleinheiten unter Vernetzung zu einem Verzweigungszentrum, über
das die vorgeformten Polymerisatblöcke miteinander verbunden werden.
Die Art des angewandten polyfunktionellen Kupplungsmittels ist nicht kritisch, solange hierdurch die gewünschten
Eigenschaften des Endprodukts nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Vorzugsweise wird ein trioder
tetrafunktionelles Kupplungsmittel der genannten Art oder Divinylbenzol eingesetzt. Das polyfunktionelle
Kupplungsmittel wird dabei der Reaktionslösung im allgemeinen in Mengen zugegeben, die äquivalent sind zur
Gesamtmenge der »lebenden« Polymerblöcke, d. h. zur Anzahl der aktiven Lithium-Kohlenstoffbindungen in
den zuvor gebildeten linearen Blockcopolymerisaten. Die Umsetzung der lebenden linearen Blockcopolymerisate
mit dem Kupplungsmittel findet vorzugsweise unter den gleichen Reaktionsbedingungen statt wie die vorangegangene
Polymerisation der Monomeren. Die Isolierung der erhaltenen verzweigten Blockcopolymerisate
aus der Reaktionslösung erfolgt in üblicher Weise, beispielsweise durch Ausfällen und Abfiltrieren des Polymerisats
aus der Reaktionslösung.
Anschließend an das Kuppeln und zweckmäßigerweise vor der Isolierung des Produkts aus der Reaktionslösung
kann das verzweigte Blockcopolymerisat gegebenenfalls noch hydriert werden. Die Hydrierung kann dabei
selektiv oder nicht selektiv erfolgen und wird normalerweise mit Hilfe von molekularem Wasserstoff und
Katalysatoren auf Basis von Metallen oder Metallsalzen der 8. Gruppe des Periodensystems durchgeführt. Dies
kann entweder in homogener Phase mit Katalysatoren auf Basis von Salzen, insbesondere den Carboxyiaten,
Alkoxiden oder Enolaten des Cobalts, Nickels oder Eisens, die mit Metallalkylen, insbesondere Aluminiumalkylen
reduziert sind, geschehen, wie es z. B. in der US-PS 31 13 986, der DE-AS 12 22 260 oder der DE-OS 20 13 263
beschrieben ist Dabei werden unter milden Bedingungen bei Wasserstoffdrücken zwischen 1 und 100 bar und
Temperaturen zwischen 25 und 1500C die olefinischen Doppelbindungen hydriert. Die Hydrierung kann auch in
heterogener Phase mit Nickel- oder Platinmetallen als Katalysatoren bei Wasserstoffdrücken von 20 bis 300 bar
und Temperaturen zwischen 40 und 3000C durchgeführt werden (z. B. nach der DE-AS 11 06 961 oder der
DE-OS 15 95 345). Dabei werden neben den olefinischen Doppelbindungen auch die Doppelbindungen hydriert.
Wenn die Hydrierung in Lösung erfolgt, wird sie vorzugsweise in demselben Lösungsmittel durchgeführt wie die
vorangegangene Polymerisation. Das verzweigte Blockcopolymerisat kann dabei partiell oder vollständig hydriert
werden. Vorzugsweise werden, falls hydriert wird, selektiv die olefinischen Doppelbindungen des Polymerisats
hydriert, wobei die hydrierten verzweigten Blockcopolymerisate vorzugsweise dann nur noch weniger als
10% und insbesondere weniger als 3% olefinische Doppelbindungen enthalten. Zur Hydrierung werden dabei
vorzugsweise solche verzweigten Blockcopolymerisate eingesetzt die in Gegenwart geringer Mengen an
Äthern bei der Polymerisation hergestellt worden sind.
Durch das Herstellungsverfahren sind Aufbau und Struktur der erfindüngsgemäßen verzweigten Blockcopolymerisate
bestimmt Wird beispielsweise ein tetrafunktionelles Kupplungsmittel verwendet und ist in der
auspolymerisierten Reaktionslösung der zweiten Verfahrensstufe das Verhältnis der zwei Typen von den die
Verzweigungen bildenden Blockcopolymcrisaiei'i (A! —Β—>·Α2)—Li zu (B-►A2)— Li beispielsweise 1 :1 bzw.
1 :3, wird das resultierende verzweigte Blockcopolymerisat im Durchschnitt (wahrscheinlichste Struktur) eine
Struktur der Formel
(A1 -B -A2J2-X-(A2*- B)2
bzw.
(A1 - B -A2Ji -X-(A2*- B)3
besitzen. Bei einem trifunktionellen Kupplungsmittel und einem Verhältnis der beiden Typen von Verzweigungen (A1—B-A2J-Li zu (B-A2J-Li von 1 :2 ist die wahrscheinlichste durchschnittliche Struktur des verzweigten Blockcopolymerisats
(A1 - B -A2Ji -X-(A2*- B)2
wobei X jeweils den Rest des Kupplungsmittels darstellt
Allgemein besitzen die erfindungsgemäß hergestellten verzweigten Blockcopolymerisate im Durchschnitt als
wahrscheinlichste Struktur eine solche der allgemeinen Formel
(A'-B
m und η sind ganze Zahlen, wobei die Summe von η und m der Polyfunktionalität des Kupplungsmittels
entspricht und somit mindestens drei ist, im allgemeinen im Bereich von 3 bis 10 liegt und vorzugsweise 3 oder 4
beträgt. Dabei ist m mindestens gleich oder größer als n. Das nicht-elastomere Polymersegment A1, welches 50
bis 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise 60 bis 78 Gewichtsprozent der insgesamt zur Herstellung des verzweigten
Blockcopolymerisats eingesetzten monovinylaromatischen Monomeren einpolymerisiert enthält, besteht
vorzugsweise nur aus den monovinylaromatischen Monomeren und stellt insbesondere ein Homopolystyrolsegment
dar. Sein Molekulargewicht richtet sich vornehmlich nach dem für das Endprodukt vorgesehenen Verwendungszweck
und liegt vorzugsweise im Bereich von 50 000 bis 250 000. Das elastomere Polymersegment B ist,
wie erwähnt, ein Copolymerisatblock aus im wesentlichen dem konjugierten Dien sowie einem geringen Anteil
an monovinylaromatischen Monomeren, wobei gegebenenfalls insbesondere die olefinischen Doppelbindungen
selektiv hydriert sein können. Der Anteil der monovinylaromatischen Monomeren im Polymersegment B liegt
im allgemeinen unter 30 Gewichtsprozent und insbesondere unter 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge
an Vinylaromaten, die nicht im Polymersegment A1 eingebaut ist. Die nicht-elastomeren Polymersegmente A2
sind wie das Polymersegment A1 vorzugsweise nur aus monovinylarornatischen Monomeren aufgebaut und sind
insbesondere Homopolystyrol. Das Molekulargewicht der Polymerblöcke (B —»Α2) beträgt vorzugsweise 10 000
bis 100 000.
Die erfindungsgemäßen verzweigten Blockcopolymerisate besitzen neben hoher Transparenz und Klarheit
gute mechanische Eigenschaften und sind insbesondere hinsichtlich ihrer Schlagzähigkeit und Dehnung den
bekannten Produkten, wie sie in der DE-OS 19 59 922 beschrieben sind, überlegen. Dies war nicht vorherzusehen
und war umso überraschender, als nach der Lehre der DE-OS 19 59 922 alle nicht-elastomeren Polymersegmente
endständig sein müssen, wenn hinreichende mechanische Eigenschaften erreicht werden sollen. Durch die
Hydrierung kann insbesondere die Alterungsbeständigkeit der Produkte verbessert werden; allerdings kann
dabei gegebenenfalls die Transparenz der Produkte etwas abnehmen. Die erfindungsgemäßen verzweigten
Blockcopolymerisate lassen sich nach den üblichen Verarbeitungsverfahren für Thermoplaste, wie Extrudieren,
Tiefziehen oder Spritzgießen, leicht verarbeiten und eignen sich z. B. für die Herstellung von Verpackungen.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert. Als Maß für das Molekulargewicht ist die
Viskositätszahl, gemessen in 0,5%iger Lösung in Toluol bei 25° C, angegeben. Schlagzähigkeit a„ und Kerb-Schlagzähigkeit
a* wurden bestimmt nach DIN 53 453 am gepreßten Formkörper. Streckspannung Y, Reißfestigkeit
Zund Dehnung D wurden am gepreßten Schulterstab nach DIN 53 455 gemessen.
In einem 6 1-Druckkessel wurden unter Inertgasatmosphäre und Feuchtigkeitsausschluß 2 kg Toluol und 250 g
Styrol mit n-Butyllithium bis zur einsetzenden Polymerisation austitriert. Anschließend wurden 2,25 mMol
n-Butyllithium (als Lösung in η-Hexan) zugegeben und bei einer Temperatur von 50°C etwa 1,5 Stunden bis zur
praktisch vollständigen Umsetzung des Styrols polymerisiert. Das entstandene Polystyrolsegment hatte eine
Viskositätszahl von 47,2 (cmVg). Zu der Lösung von Polystyryllithium wurden erneut 6,75 mMol n-Butyllithium
(als Lösung in η-Hexan) zugesetzt und die Reaktionslösung anschließend mit einer Mischung aus 125 g Styrol
und 125 g Butadien versetzt Die Temperatur wurde auf 50 bis 55° C gehalten. Nach etwa 3 Stunden war die
Polymerisation praktisch vollständig. Als Kupplungsmittel wurden danach 2,25 mMol Siliciumtetrachlorid zugegeben
und die Reaktionslösung noch 15 Stunden bei Raumtemperatur gehalten. Anschließend wurde das
Polymerisat durch Zusatz von Methanol aus der Lösung ausgefällt, abfiltriert und getrocknet
Das erhaltene verzweigte Blockcopolymerisat hatte im Durchschnitt die angenäherte Struktur
[Polystyrol—Poly(Butadien/Styrol) —>-Polystyrol]i — Si—[Polystyrol*- Poly(Butadien/Styrol)]3
und eine Viskositätszahl von 76,8 (cmVg). Die mechanischen Eigenschaften sind in der nachfolgenden Tabelle
angegeben.
Es wurde gearbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben, diesmal wurden jedoch 2,4 kg Toluol und 350 g Styrol
vorgelegt Nach Austitration der Reaktionslösung mit n-Butyllithium wurden zur Initiierung der Polymerisation
4,66 mMol n-Butyllithium zugesetzt und bei 50° C bis zur vollständigen Umsetzung des Styrols polymerisiert
Das entstandene Polystyrol hatte eine Viskositätszahl von 37,1 (cm3/g). Anschließend wurden erneut 4,66 mMol
n-Butyllithium und darauf eine Mischung aus 106 g Styrol und 170 g Butadien zugesetzt Nach Beendigung der
Polymerisation wurde mit 233 mMol Siliciumtetrachlorid gekuppelt Die Viskositätszahl des Endprodukts betrug
993 (cm3/g). Die angenäherte Struktur des verzweigten Blockcopolymerisats war
[Polystyrol—Poly(Butadien/Styrol)—^Polystyrol]2—Si—[Polystyrol—Poly(Butadien/Styrol)]2.
Die mechanischen Eigenschaften sind in der Tabelle zusammengefaßt
Die mechanischen Eigenschaften sind in der Tabelle zusammengefaßt
Vergleichsbeispiel (gemäß DE-OS 19 59 922)
2,7 kg Cyclohexan und 600 g Styrol wurden in einem 6 1-Druckkessel unter Inertgasatmosphäre mit sec.-Butyllithium
austitriert und mit 0,33 g sec.-Butyllithium 30 Minuten polymerisiert. Die Temperatur betrug am Anfang
54°C. Zur Reaktionslösung wurden bei 71°C 0,22 kg Cyclohexan, 0,9 g sec.-Butyllithium und 225 g Styrol zugesetzt
und eine Stunde polymerisiert, anschließend werden 250 g Butadien während einer Stunde bei ca. 740C
anpolymerisiert. Zum Schluß wurde mit 10 ml Epoxyl 9-5 in 150 ml Toluol gekoppelt. Das Produkt wurde aus
Isopropanol ausgefällt. Die Viskositätszahl betrug 91,9 (cm3/g).
(cm · kp/cm2)
a*
(cm
(cm
kp/cm2)
Y
(kp/cm2)
(kp/cm2)
Z
(kp/cm2)
(kp/cm2)
Beispiel 1 | 33,5 | 16,8 | 290 | 175 | 410 |
Beispiel 2 | 30% Bruch | 23,5 | 214 | 269 | 431 |
Vergleichsbeispiel | 15,1 | 5,4 | 170 | 190 | 91 |
Claims (2)
1. Verzweigte Blockcopolymerisate aus 60 bis 95 Gewichtsprozent eines mono vinylaromatischen Monomeren
und 40 bis 5 Gewichtsprozent eines konjugierten Diens mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, welche
aufgebaut sind aus nicht-elastomeren Polymersegmenten auf Basis des monoviny!aromatischen Monomeren
und elastorneren Polymersegmenten auf Basis des konjugierten Diens, erhältlich durch anionische Lösungspolymerisation
der Monomeren mittels eines Monolithiumkohlenwasserstoffs als Initiator, wobei man in
einer ersten Verfahrensstufe 50 bis 80 Gewichtsprozent der Gesamtmenge an monovinylaromatischen
Monomeren in Gegenwart einer relativ geringen Menge des Monolithiumkohlenwasserstoffs bis zur praktisch
vollständigen Umsetzung polymerisiert, darauf in einer zweiten Verfahrensstufe zu der Reaktionslösung
nach Zugabe einer zusätzlichen Initiatormenge, die gleich oder größer als die ursprünglich eingesetzte
Initiatormenge ist, eine Mischung aus dem restlichen monovinylaromatischen Monomeren und dem konjugierten
Dien zusetzt und ebenfalls bis zur praktisch vollständigen Umsetzung der Monomeren polymerisiert
und anschließend das Gemisch der erhaltenen linearen Blockcopolymerisate mit einem polyfunktionellen
Kupplungsmittel umsetzt
2. Verfahren zur Herstellung von verzweigten Blockcopolymerisäten aus 60 bis 95 Gewichtsprozent eines
monovinylaromatischen Monomeren und 40 bis 5 Gewichtsprozent eines konjugierten Diens mit 4 bis 8
Kohlenstoffatomen durch aufeinanderfolgende Polymerisation der Monomeren in Lösung in Gegenwart
eines Monolithiumkohlenwasserstoffs als Initiator unter stufenweiser Monomer- und Initiatorzugabe und
anschließende Kupplung des Gemisches der erhaltenen lebenden Blockcopolymerisate mit einer polyfunktionellen
reaktionsfähigen Verbindung als Kupplungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß in einer
ersten Verfahrensstufe 50 bis 80 Gewichtsprozent der Gesamtmenge an monovinylaromatischen Monomeren
in Gegenwart einer relativ geringen Menge des Monolithiumkohlenwasserstoffs bis zur praktisch vollständigen
Umsetzung polymerisiert wird, das darauf in einer zweiten Verfahrensstufe zu der Reaktionslösung
nach Zugabe einer zusätzlichen Initiatormenge, die gleich oder größer als die ursprünglich eingesetzte
Initiatormenge ist, eine Mischung aus den restlichen monovinylaromatischen Monomeren und dem konjugierten
Dien zugesetzt und ebenfalls bis zur praktisch vollständigen Umsetzung der Monomeren polymerisiert
wird.
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