DE4333773C2 - Verfahren zur Herstellung von syndiotaktischem 1,2-Polybutadien - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von syndiotaktischem 1,2-PolybutadienInfo
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Description
Syndiotaktisches 1,2-Polybutadien (SPBD) ist ein
thermoplastisches Harz, das zur Herstellung von Folien,
Fasern und Formkörpern verwendet werden kann. In den
US-A-4 394 473 und 4 957 970 ist z. B. die Verwendung von
SPBD zur Herstellung von Beuteln und Verpackungsmaterial
beschrieben. Es kann auch in Elastomere wie z. B.
Polydien-Kautschuke eingemischt werden. Da SPBD
Doppelbindungen enthält, die alternierend an die Grundkette
gebunden sind, kann es mit den Kautschuken in derartigen
Mischungen covulkanisiert werden. SPBD/Kautschuk-
Mischungen ergeben tatsächlich eine einzigartige
Kombination von Eigenschaften, welche sie für Reifen-
Compounds geeignet machen.
Aus der US-A-4 790 365 ist bekannt, daß der Zusatz von SPBD
zu Kautschukmischungen, die für die Trägerkarkasse oder die
Zwischenlage von Reifen verwendet werden, die
Grünfestigkeit dieser Mischungen wesentlich verbessert.
Die Elektronenstrahl-Vorhärtung (Mikrowellen-Vorhärtung)
stellt eine vielfach angewandte Methode zur Verbesserung
der Grünfestigkeit von synthetischen Elastomeren für die
Reifenherstellung dar. Die Elektronenstrahl-Vorhärtung ist
jedoch kostspielig. Durch das Zumischen von SPBD zu
Mischungen derartiger synthetischer Elastomerer läßt sich
die Grünfestigkeit oft derart verbessern, daß eine
Elektronenstrahl-Vorhärtung nicht erforderlich ist. Der
Zusatz von SPBD zu halogenierten Butylkautschuken, die für
Zwischenlagen-Zusammensetzungen von Reifen verwendet
werden, erhöht die Scorch-Sicherheit dieser Mischungen. In
der US-A-4 274 462 ist beschrieben, daß Luftreifen mit
verbesserter Beständigkeit gegen Wärmeentwicklung dadurch
hergestellt werden können, daß man SPBD-Fasern in der
Laufflächen-Kautschukmischung verwendet.
Nach der US-A-4 790 365 hat das zur Herstellung von
Reifenkarkassen verwendete SPBD einen Schmelzpunkt im
Bereich von 120 bis 190°C, vorzugsweise 150 bis 165°C. Das
zur Herstellung der Reifen-Zwischenlage verwendete SPBD hat
einen Schmelzpunkt im Bereich von 120 bis 160°C,
vorzugsweise 125 bis 150°C. Diese Schmelzpunkte beziehen
sich auf die endothermen Minimumwerte, die aus den DSC
(Differential-Scanning-Kalorimetrie)-Kurven bestimmt
werden.
Verfahren zur Herstellung von SPBD durch Polymerisation von
Butadien-1,3 sind bekannt. Diese Methoden umfassen die
Lösungspolymerisation, Suspensionspolymerisation und
Emulsionspolymerisation. Nach diesen Methoden
hergestelltes SPBD hat gewöhnlich einen Schmelzpunkt im
Bereich von etwa 195 bis 215°C. Es ist deshalb notwendig,
den Schmelzpunkt des SPBD zu senken, um es für bestimmte
Anwendungen geeignet zu machen.
In der US-A-3 778 424 ist ein Verfahren zur Herstellung von
syndiotaktischem 1,2-Polybutadien beschrieben, bei dem man
Butadien-1,3 in einem organischen Lösungsmittel in
Gegenwart einer Katalysatorzusammensetzung bestehend aus:
(a) einer Kobaltverbindung, einer Organoaluminiumverbindung
der Formel AlR3, in der R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1
bis 6 Kohlenstoffatomen ist, und (c) Kohlenstoffdisulfid
polymerisiert.
In der US-A-3 901 868 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Butadien-Polymers beschrieben, das im wesentlichen
aus syndiotaktischem 1,2-Polybutadien besteht, welches
nacheinander die folgenden Schritte umfaßt:
- a) Herstellen einer Katalysatorkomponenten-Lösung, indem man in einem inerten organischen Lösungsmittel, das Butadien-1,3 enthält, eine Kobaltverbindung, die in dem organischen Lösungsmittel löslich ist, z. B. (i) einen Kobalt-β-Diketonkomplex, (ii) einen Kobalt-β-Ketosäureester-Komplex, (iii) ein Kobaltsalz einer organischen Carbonsäure oder (iv) einen halogenierten Kobalt-Liganden-Komplex, und eine Organoaluminiumverbindung löst,
- b) Herstellen einer Katalysatorzusammensetzung durch Vermischen der in Stufe (a) erhaltenen Katalysatorkomponenten-Lösung mit einen Alkohol, Keton oder Aldehyd und Kohlenstoffdisulfid,
- c) Herstellen eines Polymerisationsgemisches, das die gewünschte Menge an Butadien-1,3, die Katalysator zusammensetzung und ein inertes organisches Lösungsmittel enthält, und
- d) Polymerisieren von Butadien-1,3 bei einer Temperatur von -20 bis +90°C.
In der US-A-3 901 868 ist angegeben, daß der Schmelzpunkt
des erhaltenen SPBD in Abhängigkeit von dem Alkohol, Keton
oder Aldehyd in dem Polymerisationsgemisch variiert. Aus
der US-A-4 153 767 ist bekannt, daß Amide wie N,N-Dimethyl
formamid bei der Lösungspolymerisation dazu verwendet
werden können, den Schmelzpunkt des erhaltenen SPBD zu
senken.
In der US-A-4 429 085 ist ein Verfahren zur Herstellung von
syndiotaktischem 1,2-Polybutadien durch Suspensions
polymerisation in einem wäßrigen Medium beschrieben. Bei
diesem Verfahren wird Polybutadien, das im wesentlichen
eine syndiotaktische 1,2-Mikrostruktur aufweist, in
folgenden Schritten hergestellt:
- A) Herstellen einer Katalysatorkomponenten-Lösung, indem man in einem inerten organischen Lösungsmittel, das Butadien-1,3 enthält, (a) mindestens eine Kobaltverbindung aus der Gruppe (i) β-Diketon-Komplexe von Kobalt, (ii) β-Ketosäureesterkomplexe von Kobalt, (iii) Kobaltsalze von organischen Carbonsäuren mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen und (iv) Komplexe von halogenierten Kobaltverbindungen der Formel CoXn, worin X ein Halogenatom ist und n 2 oder 3 bedeutet, mit einer organischen Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe der tertiären Aminalkohole, tertiären Phosphine, Ketone und N,N-Dialkylamide, und (b) mindestens eine Organoaluminiumverbindung der Formel AlR3, worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, löst;
- B) Herstellen eines Reaktionsgemisches durch Vermischen der Katalysatorkomponenten-Lösung mit einer Butadien-1,3/Wasser-Mischung, welche die gewünschte Menge Butadien-1,3 enthält;
- C) Herstellen eines Polymerisationsgemisches durch Vermischen des Reaktionsgemisches mit Kohlenstoffdisulfid und
- D) Polymerisieren des Butadien-1,3 in dem Polymerisationsgemisch zu Polybutadien unter Rühren des Polymerisationsgemisches.
In der US-A-4 751 275 ist ein Verfahren zur Herstellung von
SPBD durch Lösungspolymerisation von Butadien-1,3 in einem
Kohlenwasserstoff-Polymerisationsmedium, wie Benzol,
Toluol, Cyclohexan oder n-Hexan, beschrieben. Das bei
dieser Lösungspolymerisation verwendete Katalysatorsystem
umfaßt eine Chrom(III)-Verbindung, die in
Kohlenwasserstoffen löslich ist, eine
Trialkylaluminiumverbindung und ein Dialkylphosphit, wie
Dineopentylphosphit oder Dibutylphosphit.
In den US-A-4 902 741 und 5 021 381 ist ein Verfahren zur
Herstellung eines syndiotaktischen 1,2-Polybutadienlatex
durch Emulsionspolymerisation beschrieben, wobei man
Butadien-1,3 in einem wäßrigen Reaktionsgemisch
polymerisiert, welches umfaßt (1) Wasser, (2) mindestens
einen Emulgator, (3) Butadien-1,3-Monomer, (4) eine
Katalysator-Emulsionszusammensetzung, die erhalten wird,
indem man in einem inerten organischen Lösungsmittel, das
mindestens ein Polyen enthält, (a) mindestens eine
Kobaltverbindung, ausgewählt aus der Gruppe der
(i) β-Ketonkomplexe von Kobalt,
(ii) β-Ketosäureesterkomplexe von Kobalt, (iii) Kobaltsalze
von organischen Carbonsäuren mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen
und (iv) Komplexe von halogenierten Kobaltverbindungen der
Formel CoXn, worin X ein Halogenatom ist und n 2 oder 3
bedeutet, mit einer organischen Verbindung, ausgewählt aus
der Gruppe der tertiären Aminalkohole, tertiären Phosphine,
Ketone und N,N-Dialkylamide, sowie (d) mindestens eine
Organoaluminiumverbindung der Formel AlR3, worin R ein
Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist,
löst, die erhaltene Katalysatorkomponenten-Lösung mit einem
Öl, einem Tensid und Wasser auf eine mittlere Teilchengröße
von etwa 10 bis 1000 nm mikrofluidisiert und (5) mindestens
eine Verbindung aus der Gruppe Kohlenstoffdisulfid und
Phenylisothiocyanat.
Die Synthese von SPBD in einem wäßrigen Medium bietet
einige wichtige Vorteile gegenüber Lösungspolymerisationen.
Wasser ist als Medium, in dem eine derartige Polymerisation
durchgeführt wird, weniger kostspielig, läßt sich leicht
reinigen, ist weniger empfindlich gegenüber Sauerstoff und
hat eine höhere Wärmekapazität. Die Durchführung
derartiger Polymerisationen in einem wäßrigen Medium
ermöglicht auch höhere Monomer und Feststoff-
Konzentrationen aufgrund der niedrigeren Viskosität einer
Polymersuspension oder -emulsion im Vergleich zu einer
Polymerlösung. Der Hauptnachteil von wäßrigen Suspensions-
und Emulsionspolymerisationen zur Herstellung von SPBD ist
die Schwierigkeit, den Schmelzpunkt des SPBD zu senken. Es
ist mit anderen Worten schwierig, die chemische Struktur
und damit die Kristallinität und den Schmelzpunkt des SPBD,
welches in einem wäßrigen Medium synthetisiert wird, zu
regeln. Obwohl zahlreiche Modifikatoren verwendet werden
können, um den Kristallinitätsgrad und den sich daraus
ergebenden Schmelzpunkt des SPBD, das in Lösung
synthetisiert wird, zu verringern, gibt es nur wenige
wirksame Modifikatoren zur Verringerung der Kristallinität
von SPBD, das in einem wäßrigen Medium synthetisiert wird.
In der US-A-5 011 896 ist die Verwendung von
4-(Alkylamino)-benzaldehyden, 4-(Dialkylamino)-benz
aldehyden, 2,4-Dialkoxybenzaldehyden, 2,6-Dialkoxybenz
aldehyden, 2,4,6-Trialkoxybenzaldehyden und
4-(1-Azacycloalkyl)-benzaldehyden als Modifikatoren zur
Verringerung des Schmelzpunkts von SPBD, das in einem
wäßrigen Medium hergestellt wird, beschrieben. Es besteht
dennoch Bedarf für wirksamere Modifikatoren, die in
technischem Maßstab eingesetzt werden können.
Es wurde nun gefunden, daß N,N-Dibutylformamid dazu
verwendet werden kann, den Kristallinitätsgrad von SPBD zu
verringern, das in einem wäßrigen Medium in seiner
Gegenwart synthetisiert wird. Durch Verringerung des
Kristallinitätsgrads von SPBD läßt sich dessen Schmelzpunkt
entsprechend senken. N,N-Dibutylformamid kann somit als
Modifikator zur Verringerung des Schmelzpunkts von SPBD
verwendet werden, das durch wäßrige Suspensions- oder
Emulsionspolymerisation in seiner Gegenwart hergestellt
wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
syndiotaktischem 1,2-Polybutadien mit einem Schmelzpunkt von
weniger als 195°C, wobei man Butadien-1,3-Monomer in einem
wäßrigen Medium in Gegenwart (1) einer üblichen Katalysatorzusam
mensetzung, die erhältlich ist durch Umsetzen von (a) mindestens
einer Kobaltverbindung aus der Gruppe der (i) β-Diketon-Komplexe
von Kobalt, (ii) β-Ketosäureester-Komplexe von Kobalt, (iii)
Kobaltsalze von organischen Carbonsäuren mit 6 bis 15 Kohlenstoff
atomen und (iv) Komplexe von halogenierten Kobaltverbindungen der
Formel CoXn, worin X ein Halogenatom ist und n 2 oder 3 bedeutet,
mit einer organischen Verbindung aus der Gruppe der tertiären
Aminalkohole, tertiären Phosphine, Ketone und N,N-Dialkylamide,
(b) mindestens einer Organoaluminiumverbindung der Formel AlR3,
worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen
ist, und (c) mindestens einem konjugierten Dien, und (2) von
Kohlenstoffdisulfid bei einer Temperatur im Bereich von etwa -10
bis +40°C polymerisiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Poly
merisation in Gegenwart von N,N-Dibutylformamid durchgeführt wird,
wobei das N,N-Dibutylformamid in einer Konzentration von 0,01 bis
0,5 Teilen pro 100 Gewichtsteile Butadienmonomer vorhanden ist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur
Herstellung einer Katalysator-Emulsionszusammensetzung, die
insbesondere zur Synthese von syndiotaktischem
1,2-Polybutadien durch Emulsionspolymerisation geeignet
ist, umfassend die folgenden Schritte: (1) Herstellen
einer Katalysatorkomponenten-Lösung durch Auflösen
mindestens einer Kobaltverbindung und mindestens einer
Organoaluminiumverbindung in einem inerten organischen
Lösungsmittel, das mindestens ein konjugiertes Dien
enthält, und (2) Mikrofluidisieren oder Mikroemulgieren der
Katalysatorkomponenten-Lösung mit einem Öl, einer
Aminosäureseife und Wasser.
Das erfindungsgemäß hergestellte SPBD hat normalerweise
mehr als etwa 70% seiner Monomereinheiten in
syndiotaktischer 1,2-Konfiguration. In den meisten Fällen
weist das erfindungsgemäß hergestellte SPBD etwa 75 bis 95%
seiner Monomereinheiten in syndiotaktischer
1,2-Konfiguration auf.
Erfindungsgemäß wird SPBD durch wäßrige
Suspensionspolymerisation oder Emulsionspolymerisation
hergestellt. Das zur Suspensionspolymerisation von
Butadien-1,3 zu SPBD erforderliche Katalysatorsystem und
allgemeine Verfahren ist z. B. in US-A 4 429 085
beschrieben. Eine geeignete Methode zur Herstellung von
SPBD durch Emulsionspolymerisation ist in US-A-4 902 741
und 5 021 381 beschrieben.
Erfindungsgemäß wird monomeres 1,3-Butadien in einem
wäßrigen Medium durch Suspensions- oder
Emulsionspolymerisation in Gegenwart von
N,N-Dibutylformamid als Modifikator zur Verringerung des
Kristallinitätsgrads des herzustellenden SPBD
polymerisiert. Der Schmelzpunkt von SPBD ist im
allgemeinen Ausdruck des Kristallinitätsgrades des
Polymers. Je höher der Kristallinitätsgrad, desto höher
auch der Schmelzpunkt des Polymers. Durch Verringerung des
Kristallinitätsgrades von SPBD läßt sich dementsprechend
der Schmelzpunkt senken.
Das erfindungsgemäß als Modifikator verwendete
N,N-Dibutylformamid (DBF) hat die Strukturformel
Niedrigere N,N-Dialkylformamide, wie N,N-Dimethylformamid,
N,N-Diethylformamid und N,N-Dipropylformamid, lassen sich
nicht als Modifikatoren in derartigen wäßrigen
Polymerisationen verwenden, da sie in den wäßrigen
Polymerisationsmedien, in welchen die Suspensions- oder
Emulsionspolymerisation durchgeführt wird, hydrolysieren.
Die Verwendung höherer N,N-Dialkylformamide ist
wirtschaftlich nicht günstig, da sie nicht sehr wirksam
sind und in großer Menge eingesetzt werden müßten, um eine
signifikante Schmelzpunktsverringerung zu erzielen.
Zur Durchführung der Erfindung können Standard-Suspensions-
oder Emulsionspolymerisationstechniken in Gegenwart von
N,N-Dibutylformamid als Modifikator angewandt werden. Die
eingesetzte Menge an N,N-Dibutylformamid richtet sich nach
dem gewünschten Schmelzpunkt des herzustellenden SPBD.
Größere Mengen an N,N-Dibutylformamid ergeben natürlich
niedrigere Schmelzpunkte. Wenn daher ein SPBD mit sehr
niedrigem Schmelzpunkt erhalten werden soll, muß eine
relativ große Menge an N,N-Dibutylformamid als Modifikator
zur Polymerisation eingesetzt werden. Falls ein SPBD mit
nur wenig verringertem Schmelzpunkt erwünscht ist, ist nur
relativ wenig N,N-Dibutylformamid erforderlich.
Das wäßrige Polymerisationsmedium enthält
etwa 0,01 bis 0,5 phm (Teile pro 100 Gewichtsteile Monomer)
N,N-Dibutylformamid. Üblicherweise werden etwa 0,05 bis 0,5 phm
N,N-Dibutylformamid angewandt. In den meisten
Fällen werden etwa 0,1 bis 0,5 phm N,N-Dibutylformamid
verwendet. Um gute Umsätze zu erzielen, werden weniger als
etwa 0,5 phm und vorzugsweise weniger als etwa 0,25 phm
N,N-Dibutylformamid angewandt. Die folgende Tabelle zeigt
die annähernde Beziehung zwischen Umsatz, Schmelzpunkt und
Menge an N,N-Dibutylformamid.
Der erste Schritt zur Herstellung von SPBD durch
Suspensionspolymerisation ist die Herstellung einer
Katalysatorkomponenten-Lösung. Hierzu löst man mindestens
eine Kobaltverbindung mindestens eine Organoaluminium
verbindung in einem inerten organischen Lösungsmittel, das
mindestens ein konjugiertes Dien gelöst enthält.
Der Ausdruck "inertes organisches Lösungsmittel" bezieht
sich auf ein organisches Lösungsmittel, das gegenüber allen
Katalysatorkomponenten, dem Emulgator, dem Butadien-1,3 und
dem SPBD chemisch inert ist. Einige repräsentative
Beispiele für inerte organische Lösungsmittel sind
aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische
Kohlenwasserstoffe, alicyclische Kohlenwasserstoffe,
halogenierte aromatische Kohlenwasserstoffe und Mischungen
aus zwei oder mehreren der genannten Verbindungen.
Beispiele für geeignete aromatische Kohlenwasserstoffe sind
Benzol, Toluol, Xylole, Ethylbenzol, Diethylbenzol und
Isobutylbenzol. Beispiele für aliphatische
Kohlenwasserstoffe sind n-Hexan, Isohexane, n-Heptan,
n-Octan, Isooctane, n-Decan, 2,2-Dibutylbutan, Petrolether,
Kerosin, Benzin oder Naphtha. Geeignete alicyclische
Kohlenwasserstoffe sind z. B. Cyclohexan und
Methylcyclohexan. Geeignete Beispiele für halogenierte
aromatische Kohlenwasserstoffe sind Chlorbenzol,
Dichlorbenzol und Trichlorbenzole.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete
Kobaltverbindung ist in dem inerten organischen
Lösungsmittel löslich und ausgewählt unter (i) β-Diketon-
Komplexen von Kobalt; (ii) β-Ketosäureester-Komplexen von
Kobalt; (iii) Kobaltsalzen von organischen Carbonsäuren
mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen und (iv) Komplexen von
halogenierten Kobaltverbindungen der Formel CoXn, worin X
ein Halogenatom ist und n 2 oder 3 bedeutet, mit einer
organischen Verbindung aus der Gruppe der tertiären Amine,
Alkohole, tertiären Phosphine, Ketone und N,N-Dialkylamide.
Die zur Komplexbildung mit einem Kobaltatom verwendbaren
β-Diketone haben z. B. die Formel:
worin R1 und R4 gleich oder verschieden sind und Alkyl mit 1
bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten und R2 und R3 gleich oder
verschieden sind und Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis
6 Kohlenstoffatomen bedeuten. Spezielle Beispiele für
derartige β-Diketon-Kobaltkomplexe sind Kobalt(II)-
acetylacetonat und Kobalt(III)-acetylacetonat.
Der zur Komplexbildung mit einem Kobaltatom verwendbare
β-Ketosäureester hat z. B. die Formel:
worin R1, R2, R3 und R4 wie oben definiert sind. Ein
spezielles Beispiel für solche Kobaltkomplexe ist der
Kobalt-acetessigsäureethylester-Komplex.
Spezielle Beispiele für Kobaltsalze von organischen
Carbonsäuren sind Kobaltoctoat und Kobaltnaphthenat.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbare
Organoaluminiumverbindung hat die Formel AlR3, worin R ein
Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist.
Der Kohlenwasserstoffrest kann z. B. Alkyl oder Cycloalkyl
mit etwa 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder auch Aryl sein.
Bevorzugte Organoaluminiumverbindungen sind
Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Triisobutylaluminium
und Triphenylaluminium.
Bei der Herstellung der Katalysatorkomponenten-Lösung ist
es wichtig, daß die Kobaltverbindung und die
Organoaluminiumverbindung in dem inerten organischen
Lösungsmittel, das mindestens ein konjugiertes Dien
enthält, gelöst werden. Einige konjugierte Diene, die für
die Katalysatorkomponenten-Lösung verwendet werden können,
sind Butadien-1,3, Pentadien-1,3, Isopren und Myrcen. Wenn
die Herstellung in Abwesenheit eines konjugierten Diens
erfolgt, ist die erhaltene Katalysatorkomponenten-Lösung
als Komponente der erfindungsgemäßen Katalysator
zusammensetzung unwirksam. Das konjugierte Dien wird
vorzugsweise in einem Molverhältnis von mindestens 5,
besonders bevorzugt 10 bis 100 und insbesondere 15 bis 30,
bezogen auf die Molmenge der in der Katalysatorkomponenten-
Lösung verwendeten Kobaltverbindung, angewandt. Für die
Zwecke der Erfindung bevorzugte konjugierte Diene sind
Butadien-1,3 und Isopren, wobei Butadien-1,3 besonders
bevorzugt ist.
Die Katalysatorkomponenten-Lösung wird vorzugsweise bei
einer Temperatur von -25 bis +50°C hergestellt und enthält
vorzugsweise 0,0005 bis 1,0 Mol pro Liter, insbesondere
0,001 bis 0,5 Mol pro Liter Kobaltverbindung. Die
Temperatur, bei der die Katalysatorkomponenten-Lösung
hergestellt wird, liegt vorzugsweise im Bereich von -10 bis
+10°C, und es ist auch bevorzugt, bei der Herstellung der
Katalysatorkomponenten-Lösung kräftig zu rühren. Das
Molverhältnis von Organoaluminiumverbindung zu
Kobaltverbindung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis
50, besonders bevorzugt 1 bis 20 und insbesondere 2 bis 10.
Bei der Herstellung der Katalysatorkomponenten-Lösung wird
vorzugsweise zuerst die Kobaltverbindung in dem inerten
organischen Lösungsmittel in Gegenwart des Polyen-Monomers
gelöst und dann die Organoaluminiumverbindung zu der Lösung
gegeben. Sehr zufriedenstellende Ergebnisse können jedoch
auch dann erhalten werden, wenn man zuerst die
Organoaluminiumverbindung zugibt.
Bei der Herstellung der Katalysatorkomponenten-Lösung
sollte die Organoaluminiumverbindung nicht in Kontakt mit
Wasser kommen. Dies hat seinen Grund darin, daß Wasser
derartige Organoaluminiumverbindungen vollständig zersetzen
kann. Vorzugsweise wird daher das zur Herstellung der
Katalysatorkomponenten-Lösung verwendete inerte organische
Lösungsmittel vorher getrocknet, zumindest bis zu einem
Wassergehalt, der ungenügend ist, um eine signifikante
Menge der Organoaluminiumverbindung vollständig zu
zersetzen.
Vorzugsweise wird die Katalysatorkomponenten-Lösung unter
Verwendung eines getrockneten (im wesentlichen
wasserfreien) inerten organischen Lösungsmittels
hergestellt. Es können jedoch Spuren von Wasser in dem
inerten organischen Lösungsmittel bis zu einer
Konzentration von etwa 500 ppm (Teile pro 1 Million
Gewichtsteile) vorhanden sein. Vorzugsweise enthält das
zur Herstellung der Katalysatorkomponenten-Lösung
verwendete inerte organische Lösungsmittel nicht mehr als
50 ppm Wasser. Wenn in dem zur Herstellung der
Katalysatorkomponenten-Lösung verwendeten inerten
organischen Lösungsmittel eine ausreichende Wassermenge
vorhanden ist, kann der Katalysator vollständig zerstört
werden. Die Katalysatorkomponenten-Lösung wird
vorzugsweise unter einer Inertgas-Atmosphäre, z. B.
Stickstoff, in Abwesenheit von Sonnenlicht oder
UV-Strahlung gelagert.
Die bei der Herstellung der Katalysatorkomponenten-Lösung
angewandte Vorreaktion vor dem Mischen der
Katalysatorkomponenten-Lösung mit dem Öl, Tensid und
Wasser, das zur Herstellung der Katalysator-
Emulsionszusammensetzung angewandt wird, erfolgt
vorzugsweise mindestens 30 Sekunden und besonders bevorzugt
mindestens 1 Minute. Längere Zeitspannen können angewandt
werden, ohne daß die Katalysatorkomponenten-Lösung ihre
Aktivität verliert. Die Katalysatorkomponenten-Lösung kann
viele Wochen in einer Inertatmosphäre gelagert werden, ohne
ihre Aktivität zu verlieren.
Nach Zugabe der Organoaluminiumverbindung zu der
Katalysatorkomponenten-Lösung unter Anwendung der
beschriebenen Technik wird der Katalysator wasserstabil.
Dies beruht vermutlich auf der Bildung einer aktiven
π-Allylkobalt-Spezies. Es ist vermutlich diese
π-Allylbindung zum Kobalt-Metallatom, welche der
Katalysatorkomponente Stabilität verleiht, möglicherweise
durch hydrophobe Abschirmung des Kobaltatoms von Wasser.
Es ist bekannt, daß π-Allyl-Komplexe von anderen
Übergangsmetallen der Gruppe VIII des Periodensystems, zu
der Kobalt gehört, in polaren Lösungsmitteln stabil sind.
In der zweiten Stufe des Suspensionspolymerisations-
Verfahrens wird ein Reaktionsgemisch hergestellt, indem man
die Katalysatorkomponenten-Lösung mit einem Butadien-1,3/
Wasser-Gemisch vermischt. Ferner wird dem Reaktionsgemisch
die gewünschte Menge an N,N-Dibutylformamid als Modifikator
zugesetzt. Ein Trennmittel, wie Gelatine, kann dem
Reaktionsgemisch zugegeben werden, um eine kleine Polymer-
Teilchengröße zu erzielen. Die Menge an Trennmittel
beträgt vorzugsweise etwa 0,75 bis 1,5 Gewichtsteile pro
100 Gewichtsteile des zu polymerisierenden
Butadien-1,3-Monomers. Das Butadien-1,3/Wasser-Gemisch
kann Butadien in einer Gewichtsmenge von nur etwa 2% bis
hinauf zu etwa 50% enthalten. Vorzugsweise enthält das
Butadien-1,3/Wasser-Gemisch 15 bis 35 und insbesondere etwa
20 bis 25 Gewichtsprozent Butadien. Da Butadien-1,3 sehr
flüchtig ist, muß das Gemisch in einem geschlossenen System
hergestellt werden. Bei der Herstellung des Reaktions
gemisches wird gerührt, damit die Monomertröpfchen, welche
die Katalysatorkomponenten-Lösung enthalten, gleichmäßig in
dem Gemisch verteilt werden. Da Butadien-1,3 in Wasser im
wesentlichen unlöslich ist, ist es in dem Gemisch in Form
von Tröpfchen vorhanden, die im gesamten Gemisch verteilt
sind. Unterbricht man das Rühren, so erfolgt eine Trennung
der organischen und wäßrigen Komponenten des Gemisches in
zwei Schichten. Die organische und die wäßrige Schicht des
Reaktionsgemisches können durch Rühren des Reaktions
gemisches wieder miteinander vermischt werden.
In der dritten Stufe des Suspensionspolymerisations-
Verfahrens wird das hergestellte Polymerisationsgemisch mit
Kohlenstoffdisulfid versetzt. Das Molverhältnis von
Kohlenstoffdisulfid zu Butadien-1,3-Monomer variiert
zwischen etwa 1 : 600 und 1 : 2800. Vorzugsweise liegt das
Molverhältnis von Kohlenstoffdisulfid zu Monomer im Bereich
von etwa 1 : 1200 bis 1 : 1400. Das Molverhältnis von Monomer
zu Kobalt liegt im Bereich von 2500 : 1 bis 10 000 : 1,
vorzugsweise 4500 : 1 bis 5500 : 1.
In der letzten Stufe der Suspensionspolymerisation wird das
Butadien-1,3-Monomer in dem Polymerisationsgemisch unter
Rühren des Gemisches in Polybutadien überführt. Wenn die
Verwendung eines Antioxidationsmittels erwünscht ist, kann
dieses zweckmäßigerweise zu Beginn der Polymerisation
zugegeben werden. Die Polymerisation des Butadien-1,3-
Monomers wird bei einer Temperatur von etwa
-10 bis +40°C und insbesondere etwa 0 bis
10°C, durchgeführt. Bei Temperaturen unter 0°C kann
dem Polymerisationsgemisch ein Mittel zur Senkung des
Gefrierpunktes von Wasser zugegeben werden, um ein
Gefrieren zu verhindern.
Die Polymerisation kann entweder unter Normaldruck oder in
einem Drucksystem durchgeführt werden. Die Polymerisation
kann auch unter einer Stickstoffatmosphäre mit guten
Ergebnissen durchgeführt werden. Die Polymerisationszeit
beträgt etwa 1 bis 30 Stunden, wobei im allgemeinen etwa 8
bis 10 Stunden bevorzugt sind. Die optimale
Polymerisationszeit variiert jedoch stark mit der
Polymerisationstemperatur, dem Katalysator, der
Katalysatormenge etc. Das im erfindungsgemäßen Verfahren
gebildete Polybutadien schwimmt auf der Oberfläche des
Polymerisationsgemisches und kann leicht abgetrennt werden.
Bei der Herstellung von SPBD durch Emulsionspolymerisation
wird eine Katalysatorkomponenten-Lösung nach denselben
Methoden wie bei der Suspensions-Polymerisation
hergestellt. Hierauf wird eine Katalysator-
Emulsionszusammensetzung durch Mikrofluidisieren oder
Mikroemulgieren der Katalysatorkomponenten-Lösung mit einem
Öl, einem Tensid und Wasser hergestellt. Bei der
Herstellung der Katalysator-Emulsionszusammensetzung ist es
bevorzugt, zuerst die Katalysatorkomponenten-Lösung mit dem
Öl zu vermischen und getrennt davon das Tensid mit Wasser
zu vermischen. Die Katalysatorkomponenten-Lösung/Öl-
Mischung wird anschließend mit der Tensid/Wasser-Mischung
unmittelbar vor dem Mikrofluidisieren vermischt. Das
Verhältnis von Öl zu Katalysatorkomponenten-Lösung liegt
normalerweise im Bereich von etwa 0,5 bis 30.
Normalerweise ist es bevorzugt, ein Verhältnis von Öl zu
Katalysatorkomponenten-Lösung im Bereich von etwa 1 bis 10,
besonders bevorzugt etwa 2 bis 3, anzuwenden.
Beispielsweise ist ein Gewichtsverhältnis von Öl zu
Katalysatorkomponenten-Lösung von etwa 2,5 : 1 besonders
bevorzugt.
Das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Katalysator
komponenten-Lösung bei der Herstellung der Katalysator-
Emulsionszusammensetzung beträgt gewöhnlich etwa 5 bis 80.
Normalerweise ist es bevorzugt, ein Gewichtsverhältnis von
Wasser zu Katalysatorkomponenten-Lösung im Bereich von etwa
10 bis 50, besonders bevorzugt etwa 20 bis 30, anzuwenden.
Beispielsweise ist ein Gewichtsverhältnis von Wasser zu
Katalysatorkomponenten-Lösung von etwa 27 : 1 bei der
Herstellung der Katalysator-Emulsionszusammensetzung
besonders bevorzugt. Das Gewichtsverhältnis von Tensid zu
Katalysatorkomponenten-Lösung bei der Herstellung der
Katalysator-Emulsionszusammensetzung liegt gewöhnlich im
Bereich von etwa 0,001 bis 10. In den meisten Fällen ist
es bevorzugt, ein Gewichtsverhältnis von Tensid zu
Katalysatorkomponenten-Lösung im Bereich von etwa 0,05 bis
5, besonders bevorzugt etwa 0,1 bis 0,3, anzuwenden.
Dementsprechend ist ein Gewichtsverhältnis von Tensid zu
Katalysatorkomponenten-Lösung von etwa 0,2 : 1 besonders
bevorzugt.
Das zur Herstellung der Katalysator-Emulsionszusammen
setzung angewandte Öl ist gewöhnlich ein langkettiges
paraffinisches Öl. Derartige Öle sind im allgemeinen
Mischungen verschiedener langkettiger Kohlenwasserstoffe
mit etwa 12 bis 28 Kohlenstoffatomen. Diese Verbindungen
sind vorzugsweise gesättigt. Vorzugsweise umfaßt das Öl
Kohlenwasserstoffe mit etwa 12 bis 18 Kohlenstoffatomen.
Es ist auch möglich, langkettige Alkohole mit etwa 12 bis
28 Kohlenstoffatomen als Öl zu verwenden. Die Verwendung
derartiger Alkohole ergibt ein SPBD mit niedrigerem
Schmelzpunkt. Es ist daher bevorzugt, derartige Alkohole
als Öl zu verwenden, wenn ein SPBD mit niedrigem
Schmelzpunkt hergestellt werden soll. Wenn andererseits
ein SPBD mit hohem Schmelzpunkt erwünscht ist, sind
derartige Alkohole als Öl weniger bevorzugt. Es ist
natürlich auch möglich, eine Kombination von paraffinischen
Ölen und Alkoholen zu verwenden, um den Schmelzpunkt des
SPBD geeignet einzustellen.
Das zur Herstellung der Katalysator-Emulsionszusammen
setzung verwendete Tensid ist normalerweise ein anionisches
oder nicht-ionisches Tensid. Spezielle Beispiele für
anionische Tenside sind Carboxylate, Alkylbenzolsulfonate,
Alkansulfonate, α-Olefinsulfonate, Fettalkoholsulfate und
Oxoalkoholsulfate. Spezielle Beispiele für nicht-ionische
Tenside sind Alkylphenolethoxylate, Fettalkohol-
Polyethylenglykolether, Oxoalkohol-Polyethylenglykolether,
Ethylenoxid-Polymere, Propylenoxid-Polymere und
Fettalkohol-Polyglykolether. Im allgemeinen sind
anionische Tenside bevorzugt, wobei Alkylbenzolsulfonate,
Fettalkoholsulfate und
Oxoalkoholethersulfate besonders bevorzugt sind. Die
Alkylbenzolsulfonate haben im allgemeinen die folgende
Strukturformel:
worin R Alkyl mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise
10 bis 13 Kohlenstoffatomen ist.
Die Fettalkoholsulfate haben normalerweise die
Strukturformel:
R-O-SO3Na
worin R Alkyl mit 6 bis 28 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise
11 bis 17 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Die Oxoalkoholethersulfate haben im allgemeinen die
Strukturformel:
worin n eine ganze Zahl von 1 bis etwa 4 ist und R und R'
Alkylgruppen bedeuten, die gleich oder verschieden sein
können, wobei die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in R und
R' etwa 11 bis 13 beträgt.
Die bei der Herstellung der Katalysator-Emulsionszusammen
setzung angewandte Mikrofluidisierung führt zu einer
mittleren Teilchengröße im Bereich von etwa 10 bis 1000 nm.
Vorzugsweise hat die hergestellt Katalysator-Emulsions
zusammensetzung eine mittlere Teilchengröße im Bereich von
etwa 30 bis 600 nm, besonders bevorzugt etwa 60 bis 300 nm.
Die Mikrofluidisierung kann unter Verwendung herkömmlicher
Mikrofluidisations-Vorrichtungen oder anderer Geräte
erfolgen, die in der Lage sind, die Katalysator-
Emulsionszusammensetzung auf die gewünschte Teilchengröße
zu homogenisieren. Beispielsweise kann die
Mikrofluidisation unter Verwendung einer Hochdruckpumpe
oder einer Reihe von Pumpen durchgeführt werden.
Ultraschall- und/oder mechanische Vorrichtungen können
ebenfalls zur Mikrofluidisation angewandt werden. Um die
gewünschte Teilchengröße zu erreichen, kann es von Vorteil
sein, die hergestellte Katalysator-Emulsionszusammensetzung
mehrmals durch den "Microfluidizer" zu leiten.
Die zur Herstellung der Katalysator-Emulsionszusammen
setzung verwendete Katalysatorkomponenten-Lösung ist über
längere Zeit stabil und kann ohne Aktivitätsverlust längere
Zeit gelagert werden. Es ist jedoch bevorzugt, die
Katalysator-Emulsionszusammensetzung so schnell wie möglich
nach ihrer Herstellung zu verwenden, da die Katalysator-
Emulsionszusammensetzung ihre Aktivität mit der Zeit
verliert. In der Praxis verlieren Standard-Katalysator-
Emulsionszusammensetzungen im wesentlichen ihre gesamte
Aktivität nach etwa 24stündiger Lagerung bei
Raumtemperatur. Es ist daher wichtig, die Katalysator-
Emulsionszusammensetzung so schnell wie möglich nach ihrer
Herstellung zu verwenden. Es wurde jedoch
überraschenderweise gefunden, daß die Stabilität der
Katalysator-Emulsionszusammensetzung wesentlich verbessert
werden kann, wenn sie mit einer Aminosäureseife hergestellt
wird. Tatsächlich können Katalysator-Emulsionszusammen
setzungen, welche gute Aktivität über 24 Stunden zeigen,
unter Verwendung von Aminosäureseifen hergestellt werden.
Die angewandten Aminosäureseifen sind im allgemeinen Salze
von Alkylsarcosinen. Die Alkylgruppen dieser
Alkylsarcosine enthalten im allgemeinen etwa 8 bis
20 Kohlenstoffatome. Die Salze können durch Neutralisation
des Alkylsarcosins mit einer Base, wie Natrium-, Kalium-
oder Ammoniumhydroxid, Monoethanolamin, Diethanolamin oder
Triethanolamin, hergestellt werden. Einige repräsentative
Beispiele für Aminosäureseifen sind
Natriumlaurylsarcosinat, Natriumcocoylsarcosinat,
Natriummyristoylsarcosinat, Natriumoleylsarcosinat und
Natriumstearoylsarcosinat. In den meisten Fällen wird
Natriumlauroylsarcosinat als Aminosäureseife angewandt.
Das wäßrige Reaktionsgemisch wird hergestellt durch
Vermischen von (1) Wasser, (2) mindestens einem Emulgator,
(3) Butadien-1,3-Monomer, (4) der Katalysator-
Emulsionszusammensetzung, (5) Kohlenstoffdisulfid und
(6) N,N-Dibutylformamid als Modifikator. Wasser ist die
Hauptkomponente des wäßrigen Reaktionsgemisches. Die Menge
an Butadien-1,3-Monomer in dem wäßrigen Reaktionsgemisch
variiert von etwa 2 bis 50 Gewichtsprozent. In den meisten
Fällen ist es jedoch bevorzugt, wenn das wäßrige
Reaktionsgemisch etwa 10 bis 40 Gewichtsprozent, besonders
bevorzugt etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent, Butadien-1,3-
Monomer enthält. Die zur Herstellung des wäßrigen
Reaktionsgemisches verwendete Emulgatormenge liegt
normalerweise im Bereich von etwa 0,1 bis 10 phm (Teile pro
100 Teile Monomer). Normalerweise ist es bevorzugt, den
Emulgator in einer Menge von etwa 0,5 bis 5 phm, besonders
bevorzugt etwa 1 bis 3 phm, anzuwenden.
Die bei der Emulsionspolymerisation von Butadien-1,3 zu
SPBD verwendeten Emulgatoren können zu Beginn der
Polymerisation zugegeben werden oder in Einzelmengen oder
proportional zum Reaktionsfortschritt. Im allgemeinen
ergeben anionische Emulgatorsysteme gute Ergebnisse, jedoch
können bei der Polymerisation auch anionische, kationische
oder nicht-ionische Emulgatoren angewandt werden.
Unter den anionischen Emulgatoren, die zur
Emulsionspolymerisation verwendet werden können, befinden
sich z. B. Fettsäuren und deren Alkalimetallseifen, wie
Caprylsäure, Caprinsäure, Pelargonsäure, Laurinsäure,
Undecylsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Margarinsäure,
Stearinsäure und Arachinsäure; Aminseifen dieser
Fettsäuren, z. B. von Ammoniak, Mono- und Dialkylaminen,
substituierten Hydrazinen, Guanidin und verschiedenen
niedermolekularen Diaminen; kettensubstituierte Derivate
von Fettsäuren, z. B. solche mit Alkyl-Substituenten;
Naphthensäuren und deren Seifen; Schwefelsäureester und
deren Salze, z. B. Talgalkoholsulfate, Kokosalkoholsulfate,
Fettalkoholsulfate, wie Oleylsulfat und Natriumlauryl
sulfat; Sterinsulfate; Sulfate von Alkylcyclohexanolen,
Sulfatationsprodukte von niederen Polymeren von Ethylen und
geradkettigen C10- bis C20-Olefinen und anderen
Kohlenwasserstoffgemischen, Schwefelsäureester von
aliphatischen und aromatischen Alkoholen mit
Brückengruppen, wie z. B. Ether-, Ester- oder Amidgruppen,
z. B. Alkylbenzyl(polyethylenoxy)alkohole und das
Natriumsalz von Tridecylethersulfat; Alkansulfonate,
-ester und -salze, z. B. Alkylchlorsulfonate der allgemeinen
Formel RSO2Cl, worin R Alkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
ist, und Alkylsulfonate der allgemeinen Formel RSO2OH,
worin R Alkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist;
Sulfonate mit Brückengruppen, wie z. B. Ester- und
Ether-verbrückte Sulfonate der Formel RCOOC2H4SO3H und
ROOC-CH2-SO3H, worin R Alkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
ist, z. B. Dialkylsulfosuccinate; Estersalze der
allgemeinen Formel:
worin R Alkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist;
Alkylarylsulfonate, deren Alkylgruppen vorzugsweise 10 bis
20 Kohlenstoffatome enthalten, z. B. Dodecylbenzolsulfonate,
wie Natriumdodecylbenzolsulfonat; Alkylphenolsulfonate;
Sulfonsäuren und deren Salze, z. B. Säuren der Formel
RSO3Na, worin R z. B. Alkyl ist; Sulfonamide;
Sulfamidomethylensulfonsäuren; Harzsäuren und deren
Seifen; sulfonierte Derivate von Kolophonium und
Kolophoniumöl; sowie Ligninsulfonate.
Carboxylat-Emulgatoren sind besonders bevorzugt, da ihre
Verwendung zu weniger Ablagerungen an den Wänden des
Polymerisationsreaktors führt. Beispiele für diese
bevorzugten Carboxylat-Emulgatoren sind Fettsäureseifen und
Harzsäureseifen. Von den Harzsäuren sind etwa 90%
isometrisch mit Abietinsäure und die übrigen 10% stellen
ein Gemisch aus Dehydroabietinsäure und Dihydroabietinsäure
dar.
Bei der Herstellung des wäßrigen Reaktionsgemisches sollte
gerührt werden, um sicherzustellen, daß die Katalysator-
Emulsionszusammensetzung, das Monomer und das Tensid im
wesentlichen homogen in dem Gemisch verteilt werden. Da
das Butadien-1,3-Monomer sehr flüchtig ist, ist es
notwendig, das wäßrige Reaktionsgemisch unter Druck in
einem geschlossenen System herzustellen.
Das Kohlenstoffdisulfid ist gewöhnlich die letzte
Komponente, die dem wäßrigen Reaktionsgemisch zugesetzt
wird. Durch Zusatz des Kohlenstoffdisulfids zu dem
Reaktionsgemisch, das bereits die Katalysator-Emulsions
zusammensetzung enthält, wird die Polymerisationsreaktion
initiiert. Die Menge an zugesetztem Kohlenstoffdisulfid
variiert zwischen 0,005 und 2 phm. Vorzugsweise beträgt
die Menge an Kohlenstoffdisulfid 0,001 bis 1 phm. Je
größer der Anteil an Kohlenstoffdioxid in dem
Polymerisationsgemisch im Bereich von etwa 0,0005 phm bis
etwa 0,5 phm ist, desto größer ist die Ausbeute an SPBD.
Eine zu große Menge an Kohlenstoffdisulfid, z. B. mehr als
etwa 0,5 phm, verursacht eine Abnahme der Polymerausbeute.
Das Butadien-1,3-Monomer wird unter Rühren des
Polymerisationsgemisches zu SPBD polymerisiert. Wenn die
Verwendung eines Antioxidationsmittels erwünscht ist, kann
dieses vorzugsweise zu Beginn der Polymerisation zugegeben
werden. Die Polymerisation von Butadien-1,3 wird bei einer
Temperatur von etwa -10 bis
+40°C und besonders bevorzugt etwa 0 bis 10°C durchgeführt
werden. Bei Temperaturen unter 0°C kann ein
Gefrierschutzmittel dem Polymerisationsgemisch zugesetzt
werden, um ein Gefrieren zu verhindern.
Die Polymerisation kann entweder unter Normaldruck oder in
einem Drucksystem durchgeführt werden. Die Polymerisation
kann unter einer Inertgasatmosphäre, z. B. Stickstoff, mit
guten Ergebnissen durchgeführt werden. Die
Polymerisationszeit kann etwa 3 bis 30 Stunden betragen.
Im allgemeinen ist es bevorzugt, die Polymerisation etwa 10
bis 16 Stunden durchzuführen. Die optimale
Polymerisationszeit richtet sich jedoch stark nach der
Polymerisationstemperatur, dem Katalysator, der
Katalysatormenge etc. In vielen Fällen liegt die optimale
Polymerisationszeit im Bereich von etwa 12 bis 14 Stunden.
Nach vollständiger Polymerisation kann das SPBD durch
übliche Koagulationsmethoden aus dem Latex abgetrennt
werden. Beispielsweise kann die Koagulation durch Zugabe
von Säuren oder Mischungen von Salzen mit Säuren zu dem
Latex erfolgen. Beispielsweise sind Schwefelsäure,
Salzsäure, Mischungen aus Natriumchlorid und Schwefelsäure
sowie Mischungen aus Salzsäure und Methanol als
Koagulantien sehr wirksam. Calciumchloridlösungen und
Mischungen aus Calciumchlorid mit verschiedenen Säuren
können ebenfalls als Koagulantien verwendet werden.
Salz/Säure-Koagulantien sind im allgemeinen bevorzugt.
Beispielsweise ermöglicht die Verwendung von Schwefelsäure
mit Natriumchlorid oder Kaliumchlorid als Koagulans gute
Ergebnisse. Bariumchlorid und Magnesiumsulfat sind weitere
Beispiele von zweiwertigen Salzen, die zum Koagulieren des
SPBD-Latex geeignet sind. Es kann auch von Vorteil sein,
Koagulations-Hilfsmittel, z. B. hochmolekulare
Polyelektrolyte, zur Koagulation des SPBD-Latex
einzusetzen. Bevorzugte Koagulations-Hilfsmittel sind
schwache Basen. Repräsentative Beispiele für geeignete
Koagulations-Hilfsmittel sind Nalco® 108 (Nalco Chemical
Company), Daxad® CP-1 (W. R. Grace and Company) und ähnliche
Materialien, die schwach basische Polyelektrolyte
darstellen. Die erforderliche Menge an Koagulans variiert
mit dem Emulgator, der verwendeten Emulgatormenge, dem zu
koagulierenden Kautschuk und dem Koagulanstyp. Im
allgemeinen lassen sich der optimale Koagulanstyp, die
Koagulansmenge und die Koagulationsbedingungen durch
einfache Versuche bestimmen.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Falls
nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Teile und
Prozente auf das Gewicht.
In dieser Versuchsreihe werden SPBD-Latices hergestellt,
wobei verschiedene Verbindungen auf ihre Wirkung
hinsichtlich der Senkung des SPBD-Schmelzpunkts untersucht
werden. In den Beispielen 1 und 2 wird N,N-Dibutylformamid
verwendet. Die Beispiele 3 bis 12 sind Vergleichs
beispiele, in denen andere Verbindungen untersucht werden.
Die erste Stufe des Verfahrens besteht darin, die
Katalysatorkomponenten-Lösung herzustellen. Hierzu
beschickt man einen Reaktor, der 30 Minuten evakuiert
worden ist, mit 3,3 kg Hexan. Hierauf versetzt man das
Gemisch unter Rühren mit 0,28 kg Kobaltoctoat. Dann werden
0,59 kg Butadien-1,3 zugegeben. Nach Zugabe von 1,59 kg
Triethylaluminium wird das Rühren fortgesetzt. Ferner wird
gekühlt, um die Temperatur des Gemisches unter etwa 21°C zu
halten. Nachdem alles Triethylaluminium zugesetzt worden
ist und die Temperatur auf unter 10°C gesunken ist, wird
die erhaltene Katalysatorkomponenten-Lösung in einen
sauberen 18,9-Liter-Glasballon überführt, in dem sie bis
zur Verwendung in einem kalten Raum unter Lichtausschluß
unter Stickstoffschutz gelagert wird.
Hierauf wird eine Mischung der Katalysatorkomponenten-
Lösung mit einem paraffinischen Öl hergestellt. Dies
erfolgt durch Vermischen von 150 g Katalysatorkomponenten-
Lösung mit 150 g eines paraffinischen Prozeßöls. Ferner
wird eine Tensidlösung durch Vermischen von 1500 g Wasser
mit 75 g Natriumlauroylsarcosinat ("Hamposyl® L30")
hergestellt. Die Mischung aus Öl und der Katalysator
komponenten-Lösung wird dann mit der Tensidlösung
mikrofluidisiert. Dies erfolgt in einem Homogenisator von
der Microfluidics Corporation. Das Vermischen der wäßrigen
und organischen Phasen wird mit Hilfe eines Misch-T-Stücks
unmittelbar vor der Microfluidizer-Pumpe bewerkstelligt.
Das Homogenisierungsverfahren wird fortgesetzt, bis eine
mittlere Teilchengröße der Katalysator Emulsionszusammen
setzung von etwa 100 nm erreicht ist.
Pufferlösungen werden hergestellt durch Vermischen von 250 g
Wasser mit 2,5 g eines Kaliumsalzes von Talgölfettsäure,
25 g eines Natriumsalzes eines Harzsäure und des in Tabelle
I genannten Modifikators. Die Pufferlösungen werden dann in
946 ml-Polymerisationsflaschen gegeben, welche man mit
jeweils 235 g der mikrofluidisierten Katalysator
komponenten-Lösung und 125 g Butadien-1,3 beschickt.
Anschließend werden 6,25 g einer Kohlenstoffdisulfid-
Emulsion in die Polymerisationsflaschen eingebracht, um die
Polymerisation zu initiieren. Die Kohlenstoffdisulfid-
Emulsionen werden dadurch hergestellt, daß man 1,5 g
Kohlenstoffdisulfid, 1 g Tensid ("Triton® N-42"), 15 g
Hexan und 45 g Wasser unter Rühren vermischt.
Die Polymerisationen werden etwa 8 Stunden bei einer
Temperatur von etwa 10°C durchgeführt, wobei stabile SPBD-
Latices erhalten werden. Das in jedem Beispiel erhaltene
SPBD wird gewonnen und hinsichtlich Ausbeute, Schmelzpunkt
und Glasübergangstemperatur (Tg) untersucht. In Tabelle I
sind die erhaltenen Ausbeuten und der Schmelzpunkt des
gewonnenen SPBD angegeben.
Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß N,N-Dibutylformamid den
Schmelzpunkt des in Beispiel 1 hergestellten SPBD auf
weniger als 120°C senkt, wobei die Ausbeute immer noch
größer als 95% ist. Das in den Beispielen 3 und 4
verwendete N,N-Dimethylformamid reduziert zwar den
Schmelzpunkt des SPBD stark, jedoch sind die durch
Verwendung von N,N-Dimethylformamid verursachten Ausbeuten
sehr schlecht. Die bei Verwendung von Diethylfumarat und
Dibutylitaconat als Modifikatoren erzielten Ausbeuten
betragen weniger als 5%.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von syndiotaktischem 1,2-Polybutadien mit einem
Schmelzpunkt von weniger als 195°C, wobei man Butadien-1,3-Monomer in
einem wäßrigen Medium in Gegenwart
- 1. einer üblichen Katalysatorzusammensetzung, die erhältlich ist durch Umsetzen von (a) mindestens einer Kobaltverbindung aus der Gruppe der (i) β-Diketon-Komplexe von Kobalt, (ii) β-Ketosäureester-Komplexe von Kobalt, (iii) Kobaltsalze von organischen Carbonsäuren mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen und (iv) Komplexe von halogenierten Kobaltverbin dungen der Formel CoXn, worin X ein Halogenatom ist und n 2 oder 3 bedeutet, mit einer organischen Verbindung aus der Gruppe der tertiären Aminalkohole, tertiären Phosphine, Ketone und N,N-Dialkylamide, (b) mindestens einer Organoaluminiumverbindung der Formel AlR3, worin R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, und (c) mindestens einem konjugierten Dien, und
- 2. von Kohlenstoffdisulfid
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation
bei einer Temperatur im Bereich von etwa 0 bis 10°C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das N,N-Dibutyl
formamid in einer Konzentration von etwa 0,1 bis 0,25 Teilen pro 100
Gewichtsteile Butadienmonomer vorhanden ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Katalysator-Emulsionszusammensetzung, die
zur Synthese von syndiotaktischem 1,2-Polybutadien durch Emulsionspoly
mersation geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß man (1) eine Kata
lysatorkomponenten-Lösung durch Auflösen von mindestens einer Kobalt
verbindung und mindestens einer Organoaluminiumverbindung in einem
inerten organischen Lösungsmittel, das mindestens ein konjugiertes Dien
enthält, herstellt und (2) die Katalysatorkomponenten-Lösung mit einem Öl,
einer Aminosäureseife und Wasser mikrofluidisiert oder mikroemulgiert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäure
seife ein Salz eines Alkylsarcosins ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylgruppe
des Alkylsarcosins etwa 8 bis 20 Kohlenstoffatome enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz ein
Natriumsalz ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäure
seife Natriumlauroylsarcosinat ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Organoaluminiumverbindung eine Trialkylaluminiumverbindung ist.
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1993
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Patent Citations (2)
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