DE60114442T2 - Copolymerisierung von vinylchlorid in gegenwart eines stabilen nitroxylradikals - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Polymerisation oder Copolymerisation von Vinylchlorid in Gegenwart eines stabilen freien Nitroxylradikals. Weitere Gegenstände der Erfindung sind die Verwendung der stabilen freien Nitroxylradikale als Polymerisationsregulatoren für die Radikalpolymerisation von Vinylchlorid und ein Polyvinylchloridmakroinitiator mit einer thermisch labil gebundenen Nitroxylgruppe, die fähig ist, sich bei der Wärmebehandlung in ein Nitroxylradikal und ein polymeres/oligomeres Radikal zu spalten.
  • Polyvinylchlorid (PVC) hält eine einmalige Stellung unter allen hergestellten Polymeren. Es ist eher preisgünstig und wird in breiten Anwendungsbereichen verwendet, da seine Anpassungsfähigkeit beinahe unbegrenzt ist. In Abhängigkeit seines Molekulargewichtes, der Additive und Stabilisatoren, reichen seine Anwendungen von biegesteifen Rohren und Profilen bis zu sehr weichen, transparenten und flexiblen Filmen.
  • PVC kann aus Vinylchloridmonomer (VCM) durch drei unterschiedliche Verfahren hergestellt werden. Das am meisten verwendete Verfahren ist die Polymerisation vom Suspensionstyp, die ungefähr 75% ausmacht. Tröpfchen von flüssigem Vinylchlorid werden in Wasser unter Verwendung eines Schutzkolloids in einem Rührreaktor dispergiert. Die Polymerisation findet im Inneren der Tröpfchen statt, infolge der Verwendung eines öllöslichen Initiators. Das Produkt liegt dann in Form von porösen Körnchen mit einem Durchmesser von 100 bis 150 μm vor. Ein anderes Verfahren ist der Emulsionsweg, bei dem das Monomer in Wasser unter Verwendung von Rühren und wirkungsvollen oberflächenaktiven Mitteln dispergiert wird, und die Polymerisation in der wässerigen Phase unter Verwendung eines wasserlöslichen Initiators durchgeführt wird. Das Polymerisationsprodukt liegt in Form einer wässerigen Latexdispersion von PVC-Teilchen mit einem Durchmesser von 0,1 bis 2,0 μm vor. Diese werden sprühgetrocknet, um größere Agglomerate zu bilden, die zermahlen werden, bevor sie in Lösungsmitteln und Weichmachern dispergiert werden, um Plastisole zu erhalten, die in einer Vielzahl von Streich- und Tauchanwendungen verwendet werden. Der dritte Weg ist Substanz- oder Massepolymerisation. Wie es der Name hergibt, wird die Polymerisation in Vinylchlorid (VCM) in Abwesenheit von Wasser durchgeführt. Eine Übersicht der Herstellung von PVC wird beispielsweise in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, zweite Auflage, Bd. 17, Seiten 295–376 beschrieben.
  • Die kontrollierte Radikalkettenpolymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart eines Nitroxylradikals ist prinzipiell bekannt und wird beispielsweise in US 5,322,912 von Georges et al, ausgegeben am 21. Juni 1994 beschrieben. US 5,322,912 offenbart ein Polymerisationsverfahren unter Verwendung eines Radikalinitiators, einer polymerisierbaren Monomerverbindung und eines stabilen Radikalmittels von basischer Struktur R'R''N-O· zur Synthese von Homopolymeren und Blockcopolymeren für beispielsweise Styrol. Bisher gab es kein Verfahren, das in der Technik beschrieben wird, zur Polymerisation oder Copolymerisation von Vinylchlorid in Gegenwart von Nitroxylradikalen.
  • Da die Polymerisation von PVC im wesentlichen auf der Übertragungsreaktion von Chlorradikalen basiert, würde man erwarten, daß Nitroxylradikale zu einer Verringerung des Molekulargewichts führen, da sie theoretisch zur Reaktion mit Chlorradikalen fähig sind. Insbesondere sind solche Nitroxylradikale als Abstoppmittel zur Verwendung bei der Polymerisation von Vinylmonomeren, wie Styrol, vorgeschlagen worden.
  • Es ist nun herausgefunden worden, daß die Polymerisation von Vinylchlorid nicht nachteilig durch die stabilen freien Nitroxylradikale beeinflußt wird. Im Gegensatz dazu bleiben in Gegenwart eines stabilen freien Nitroxylradikals die Molekulargewichte bei relativ hohen Polymerisationstemperaturen hoch, wodurch die Herstellung von Polymeren mit hohem Molekulargewicht bei hohen Polymerisationstemperaturen ermöglicht wird. Dies steht im Gegensatz zur klassischen PVC-Polymerisation, wo die hohen Temperaturen zu niedrigem Molekulargewicht führen. Andererseits verringert sich die Polydispersität (PD) des PVCs, was eine Kontrolle der Polymerisationsreaktion durch die Nitroxylradikale angibt. Eine niedrige Polydispersität ist wünschenswert, da das Polymer wenige Anteile mit niedrigem Molekulargewicht enthält, die beispielsweise für die mechanischen Eigenschaften des Polymers vorteilhaft sein können. Die Nitroxylradikale sind an die PVC-Hauptkette angelagert, wodurch eine anschließende weiter Radikalkettenpolymerisation, ausgehend von der PVC-Hauptkette, durch Aufspalten in ein Makroradikal und ein Nitroxylradikal bei der Wärmebehandlung ermöglicht wird. Dies wird ebenso Reinitiation genannt. Die PVC-Hauptkette kann als ein Makroinitiator gesehen werden, auf dem ein zweiter Block polymerisiert wird. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten zur Herstellung von Blockcopolymeren mit PVC als ein Block.
  • Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kontrollierten Radikalkettenpolymerisation oder Copolymerisation von Vinylchlorid bei einer Temperatur zwischen 40°C und 95°C bei einem Druck zwischen 5 und 30 bar in Gegenwart eines stabilen freien Nitroxylradikals.
  • Vorzugsweise wird die Polymerisation oder Copolymerisation in Suspension durchgeführt.
  • Das Suspensionspolymerisationsverfahren ist im wesentlichen ein Massenpolymerisationsverfahren, das in Millionen von kleinen „Reaktoren" (Tröfpchen) durchgeführt wird. Flüssiges Vinylchlorid unter seinem autogenen Dampfdruck wird in Wasser durch kräftiges Rühren in einem Reaktor (Autoklav) dispergiert. Dies führt zur Bildung von Tröpfchen mit beispielsweise einer durchschnittlichen Größe zwischen 30 und 40 μm, die gegen Koaleszenz durch ein oder mehrere Schutzkolloide (Granuliermittel) stabilisiert werden. Der andere wesentliche Inhaltsstoff ist ein Monomer-löslicher Radikalinitiator. Typischerweise kann eine solche basische Formulierung, ebenso Rezept genannt, 100 Teile Vinylchlorid, 90 bis 130 Teile Wasser, 0,05 bis 0,15 Teile Schutzkolloid und 0,03 bis 0,08 Teile Radikalinitiator enthalten. Um die optimale Morphologie zu erreichen, müssen andere Additive eingesetzt werden, wie Sauerstoff, Puffer, sekundäre oder tertiäre Granuliermittel, Kettenübertragungs- oder Ketteverlängerungsmittel, Comonomere und Antioxidationsmittel.
  • Typische Schutzkolloide sind Celluloseetherderivate, teilweise hydrolyisierte Polyvinylacetate oder Polyvinylalkohole. Beispiele für Celluloseether sind Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethyl-cellulose, Hydroxypropyl-cellulose oder Methyl-cellulose.
  • Typische Radikalinitiatoren sind Diacylperoxide, wie Dilauroylperoxid, Peroxodicarbonate, wie Dicyclohexylperoxodicarbonat oder Dicetylperoxodicarbonat, Alkylperoxyester, wie t-Butylperoxypivalat oder α-Cumylperneodecanoat und Azoinitiatoren, wie Azobisisobutyronitril. Es ist vorteilhaft, einen Initiator mit einer Halbwertszeit von 1 bis 10 Stunden, vorzugsweise 2 bis 5 Stunden bei der Polymerisationstemperatur auszuwählen.
  • Obwohl das stabile freie Stickstoffradikal nicht nur zu Beginn der Reaktion, sondern ebenso in einer späteren Phase zugegeben werden kann, wo die Polymerisation bereits einigermaßen verläuft, wird es vorzugsweise zugegeben, bevor 10% der Polymerbildung stattfindet, und stärker bevorzugt direkt zur Rezeptur zu Beginn der Polymerisation zugegeben.
  • Bevorzugt ist ein Verfahren, worin der Radikalinitiator in einer Menge von 0,001 Mol-% bis 5 Mol-%, stärker bevorzugt 0,005 bis 1 Mol-%, basierend auf dem Monomer, vorliegt.
  • Typischerweise beträgt die Menge des stabilen freien Nitroxylradikals 0,001 bis 1 Mol-%, bezogen auf das Monomer.
  • Vorzugsweise beträgt das Molverhältnis des Radikalinitiators zu dem stabilen freien Nitroxylradikal 100 : 1 bis 1 : 10, stärker bevorzugt 10 : 1 bis 1 : 2.
  • Es ist ebenso möglich, zu der anfänglichen Rezeptur einen Nitroxylether R'R''N-O-X zuzugeben, wo X eine Gruppe mit mindestens einem Kohlenstoffatom darstellt, und so ist, daß ein freies Radikal X·, das aus X stammt, unter den angewendeten Reaktionsbedingungen gebildet wird. Die Bildung eines zusätzlichen freien Radikals X· kann bei Vinylchlorid die Radikalpolymerisation, die durch den Radikalinitiator initiiert wurde, verbessern, während sein Gegenstück, das Nitroxylradikal, als Kontrollmittel agieren kann. Nitroxylether der generischen Formel R'R''N-O-X und ihre Verwendung als Initiations- und Polymerisationskontrollmittel ist als erstes in US 4 581 429 von Solomon beschrieben worden.
  • Daher ist ein Verfahren, worin das stabile freie Nitroxylradikal in situ während der Polymerisationsreaktion aus dem entsprechenden Nitroxylether gebildet wird, ebenso eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Vorzugsweise beträgt die Polydispersität des Polyvinylchlorids 1,1 bis 2,5, stärker bevorzugt 1,1 bis 2,0.
  • In den letzten Jahren sind viele Versuche durchgeführt worden, um neue vielseitige stabile freie Nitroxylradikale oder Nitroxylether zu finden, die beispielsweise die Umwandlungsrate verbessern, jedoch die Vorteile der kontrollierten Polymerisation, wie beispielsweise niedrige Polydispersität und die Fähigkeit zur Blockcopolymerbildung, behalten. Viele Verbesserungen sind durch Modifizieren der chemischen Struktur des Nitroxylradikals oder des Nitroxylethers gemacht worden. Alle diese Verbindungen des Standes der Technik sind prinzipiell zur kontrollierten Polymerisation von Vinylchlorid geeignet.
  • WO 98/13392 beschreibt beispielsweise offenkettige Alkoxyaminverbindungen, die ein symmetrisches Substitutionsmuster aufweisen und aus Nitrosoverbindungen stammen.
  • WO 96/24620 beschreibt ein Polymerisationsverfahren, bei dem sehr spezielle stabile Radikalmittel verwendet werden, wie beispielsweise
  • Figure 00050001
  • WO 98/30601 beschreibt spezielle Nitroxyle, die auf Imidazolidinonen basieren.
  • WO 98/44008 offenbart spezielle Nitroxyle, die auf Morpholinonen, Piperazinonen und Piperazindionen basieren.
  • Weitere geeignette Nitroxylether und Nitroxylradikale sind prinzipiell aus US-A-4 581 429 oder EP-A-621 878 bekannt. Besonders nützlich sind die offenkettigen Verbindungen, die in WO 99/03894 und WO 00/07981 beschrieben werden, die Piperidinderivate, die in WO 99/67298 und GB 2335190 beschrieben werden, oder die heterocyclischen Verbindungen, die in GB 2342649 und WO 96/24620 beschrieben werden.
  • Besonders nützlich sind stabile freie Nitroxylradikale der Formel A', B' oder O'
    Figure 00060001
    worin
    m 1 ist,
    R Wasserstoff, C1-C18-Alkyl, das nicht unterbrochen oder durch ein oder mehrere Sauerstoffatome unterbrochen ist, Cyanoethyl, Benzoyl, Glycidyl, ein einwertiger Rest einer aliphatischen Carbonsäure mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, einer cycloaliphatischen Carbonsäure mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder einer α,β-ungesättigten Carbonsäure mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen oder einer aromatischen Carbonsäure mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen ist;
    p 1 ist;
    R101 C1-C12-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, C7-C8-Aralkyl, C2-C18-Alkanoyl, C3-C5-Alkenoyl oder Benzoyl ist;
    R102 C1-C18-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, C2-C8-Alkenyl, unsubstituiert oder substituiert durch eine Cyano-, Carbonyl- oder Carbamidgruppe, ist, oder Glycidyl, eine Gruppe der Formel -CH2CH(OH)-Z oder der Formel -CO-Z oder -CONH-Z ist, worin Z Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ist;
    G6 Wasserstoff ist und G5 Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl ist, und
    G1 und G3 Methyl sind und G2 und G4 Ethyl oder Propyl sind oder G1 und G2 Methyl sind und G3 und G4 Ethyl oder Propyl sind.
  • Vorzugsweise ist in Formel A', B' und O' R Wasserstoff, C1-C18-Alkyl, Cyanoethyl, Benzoyl, Glycidyl, ein einwertiger Rest einer aliphatischen Carbonsäure;
    ist R1 C1-C12-Alkyl, C7-C8-Aralkyl, C2-C18-Alkanoyl, C3-C5-Alkenoyl oder Benzoyl;
    ist R2 C1-C18-Alkyl, Glycidyl, eine Gruppe der Formel -CH2CH(OH)-Z oder der Formel -CO-Z, worin Z Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ist.
  • Die obigen Verbindungen und ihre Herstellung werden in GB 2335190 beschrieben.
  • Eine andere bevorzugte Gruppe von Nitroxylresten sind die der Formel (Ic'), (Id'), (Ie'), (If'), (Ig') oder (Ih')
    Figure 00070001
    worin R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, die durch OH, Halogen oder eine Gruppe -O-C(O)-R5 substituiert sind, C2-C18-Alkyl, das durch mindestens ein O-Atom und/oder eine NR5-Gruppe unterbrochen ist, C3-C12-Cycloalkyl oder C6-C10-Aryl sind, oder R1 und R2 und/oder R3 und R4 zusammen mit dem Bindungskohlenstoffatom einen C3-C12-Cycloalkylrest bilden;
    R5, R6 und R7 unabhängig voneinander Wasserstoff, C1-C18-Alkyl oder C6-C10-Aryl sind;
    R8 Wasserstoff, OH, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, die durch ein oder mehrere OH, Halogen oder eine Gruppe -O-C(O)-R5 substituiert sind, C2-C18-Alkyl, das durch mindestens ein O-Atom und/oder eine NR5-Gruppe unterbrochen ist, C3-C12-Cycloalkyl oder C6-C10-Aryl, C7-C9-Phenylalkyl, C5-C10-Heteroaryl, -C(O)-C1-C18-Alkyl, -O-C1-C18-Alkyl oder -COOC1-C18-Alkyl sind; und
    R9, R10, R11 und R12 unabhängig voneinander Wasserstoff, Phenyl oder C1-C18-Alkyl sind.
  • Vorzugsweise sind in Formel (Ic'), (Id'), (Ie'), (If'), (Ig') und (Ih') mindestens zwei von R1, R2, R3 und R4 Ethyl, Propyl oder Butyl und die übrigen sind Methyl; oder bilden R1 und R2 oder R3 und R4 zusammen mit dem Bindungskohlenstoffatom einen C5-C6-Cycloalkylrest und ist einer der übrigen Substituenten Ethyl, Propyl oder Butyl.
  • Die obigen Verbindungen und ihrer Herstellung werden in GB 2342649 beschrieben.
  • Noch eine andere bevorzugte Gruppe von Verbindungen ist die, worin das stabile freie Nitroxylradikal ein Wasserstoffatom aufweist, das an das Kohlenstoffatom in α-Stellung zu dem Stickstoffatom gebunden ist. Beispiele und ihre Herstellung werden in WO 00/53640 angegeben.
  • Wenn Nitroxylether verwendet werden, sind die bevorzugt, die nach der Spaltung zu den obengenannten Nitroxylradikalen führen.
  • Besonders bevorzugt sind die Nitroxylether der Formel A, B oder O,
    Figure 00080001
    worin
    m 1 ist,
    R Wasserstoff, C1-C18-Alkyl, das nicht unterbrochen oder durch ein oder mehrere Sauerstoffatome unterbrochen ist, Cyanoethyl, Benzoyl, Glycidyl, ein einwertiger Rest einer aliphatischen Carbonsäure mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, einer cycloaliphatischen Carbonsäure mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder einer α,β-ungesättigten Carbonsäure mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen oder einer aromatischen Carbonsäure mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen ist;
    p 1 ist;
    R101 C1-C12-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, C7-C8-Aralkyl, C2-C18-Alkanoyl, C3-C5-Alkenoyl oder Benzoyl ist;
    R102 C1-C18-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, C2-C8-Alkenyl, unsubstituiert oder substituiert durch eine Cyano-, Carbonyl- oder Carbamidgruppe, ist, oder Glycidyl, eine Gruppe der Formel -CH2CH(OH)-Z oder der Formel -CO-Z oder -CONH-Z ist, worin Z Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ist;
    G6 Wasserstoff ist und G5 Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl ist, und
    G1 und G3 Methyl sind und G2 und G4 Ethyl oder Propyl sind oder G1 und G2 Methyl sind und G3 und G4 Ethyl oder Propyl sind; und
    X aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus -CH2-Phenyl, CH3CH-Phenyl, (CH3)2C-Phenyl, (C5-C6-Cycloalkyl)2CCN, (CH3)2CCN, -CH2CH=CH2, CH3CH-CH=CH2, (C1-C4-Alkyl)CR20-C(O)-phenyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-(C1-C4)-alkoxy, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-N-di(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-NH(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-NH2, worin R20 Wasserstoff oder (C1-C4)-Alkyl ist.
  • Stärker bevorzugt sind die Verbindungen, worin in Formel A, B und O
    R Wasserstoff, C1-C18-Alkyl, Cyanoethyl, Benzoyl, Glycidyl, ein einwertiger Rest einer aliphatischen Carbonsäure ist;
    R101 C1-C12-Alkyl, C7-C8-Aralkyl, C2-C18-Alkanoyl, C3-C5-Alkenoyl oder Benzoyl ist;
    R102 C1-C18-Alkyl, Glycidyl, eine Gruppe der Formel -CH2CH(OH)-Z oder der Formel -CO-Z ist, worin Z Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ist; und
    X CH3CH-Phenyl ist.
  • Diese Verbindungen und ihre Herstellung werden in GB 2335190 beschrieben.
  • Ebenfalls bevorzugt ist ein Verfahren, worin der Nitroxylether, aus dem das stabile freie Nitroxylradikal gebildet wird, die Formel (Ic), (Id), (Ie), (If), (Ig) oder (Ih) aufweist
    Figure 00100001
    worin R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, die durch OH, Halogen oder eine Gruppe -O-C(O)-R5 substituiert sind, C2-C18-Alkyl, das durch mindestens ein O-Atom und/oder eine NR5-Gruppe unterbrochen ist, C3-C12-Cycloalkyl oder C6-C10-Aryl sind, oder R1 und R2 und/oder R3 und R4 zusammen mit dem Bindungskohlenstoffatom einen C3-C12-Cycloalkylrest bilden;
    R5, R6 und R7 unabhängig voneinander Wasserstoff, C1-C18-Alkyl oder C6-C10-Aryl sind;
    R8 Wasserstoff, OH, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, die durch ein oder mehrere OH, Halogen oder eine Gruppe -O-C(O)-R5 substituiert sind, C2-C18-Alkyl, das durch mindestens ein O-Atom und/oder eine NR5-Gruppe unterbrochen ist, C3-C12-Cycloalkyl oder C6-C10-Aryl, C7-C9-Phenylalkyl, C5-C10-Heteroaryl, -C(O)-C1-C18-Alkyl, -O-C1-C18-Alkyl oder -COOC1-C18-Alkyl sind;
    R9, R10, R11 und R12 unabhängig voneinander Wasserstoff, Phenyl oder C1-C18-Alkyl sind; und
    X aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus -CH2-Phenyl, CH3CH-Phenyl, (CH3)2C-Phenyl, (C5-C6-Cycloalkyl)2CCN, (CH3)2CCN, -CH2CH=CH2, CH3CH-CH=CH2, (C1-C4-Alkyl)CR20-C(O)-phenyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-(C1-C4)-alkoxy, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-N-di(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)- NH(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-NH2, worin R20 Wasserstoff oder (C1-C4)-Alkyl ist.
  • Am stärksten bevorzugt sind Verbindungen, worin in Formel (Ic), (Id), (Ie), (If), (Ig) und (Ih) mindestens zwei von R1, R2, R3 und R4 Ethyl, Propyl oder Butyl sind und die übrigen Methyl sind; oder R1 und R2 oder R3 und R4 zusammen mit dem Bindungskohlenstoffatom einen C5-C6-Cycloalkylrest bilden und einer der übrigen Substituenten Ethyl, Propyl oder Butyl ist.
  • Die Alkylreste in den verschiedenen Substituenten können linear oder verzweigt sein. Beispiele von Alkyl, das 1 bis 18 Kohlenstoffatome enthält, sind Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, 2-Butyl, Isobutyl, t-Butyl, Pentyl, 2-Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, 2-Ethylhexyl, t-Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Hexadecyl und Octadecyl.
  • Alkenyl mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen ist ein linearer oder verzweigter Rest, wie beispielsweise Propenyl, 2-Butenyl, 3-Butenyl, Isobutenyl, n-2,4-Pentadienyl, 3-Methyl-2-butenyl, n-2-Octenyl, n-2-Dodecenyl, iso-Dodecenyl, Oleyl, n-2-Octadecenyl oder n-4-Octadecenyl. Bevorzugt ist Alkenyl mit 3 bis 12, besonders bevorzugt mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen.
  • Alkenyl mit 3 bis 18 ist ein linearer oder verzweigter Rest, wie beispielsweise Propinyl (-CH2-C≡CH), 2-Butinyl, 3-Butinyl, n-2-Octinyl oder n-2-Octadecinyl. Bevorzugt ist Alkinyl mit 3 bis 12, besonders bevorzugt mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen.
  • Beispiel für Hydroxy-substituiertes Alkyl sind Hydroxypropyl, Hydroxybutyl oder Hydroxyhexyl.
  • Beispiele für Halogen-substituiertes Alkyl sind Dichlorpropyl, Monobrombutyl oder Trichlorhexyl.
  • C2-C18-Alkyl, das durch mindestens ein O-Atom unterbrochen ist, ist beispielsweise -CH2-CH2-O-CH2-CH3, -CH2-CH2-O-CH3- oder -CH2-CH2-O-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH3. Es stammt vorzugsweise aus Polyethylenglykol. Eine allgemeine Beschreibung ist -((CH2)a-O)b-H/CH3, worin a eine Zahl von 1 bis 6 ist und b eine Zahl von 2 bis 10 ist.
  • C2-C18-Alkyl, das durch mindestens eine NR5-Gruppe unterbrochen ist, kann im allgemeinen als -((CH2)a-NR5)b-H/CH3 beschrieben werden, worin a, b und R5 wie oben definiert sind.
  • C3-C12-Cycloalkyl ist typischerweise Cyclopropyl, Cyclopentyl, Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, Cyclohexyl, Methylcyclohexyl oder Trimethylcyclohexyl.
  • C6-C10-Aryl ist beispielsweise Phenyl oder Naphthyl, aber ebenso umfassend sind C1-C4-Alkyl-substituiertes Phenyl, C1-C4-Alkoxy-substituiertes Phenyl, Hydroxy, Halogen oder Nitro-substituiertes Phenyl. Beispiele für Alkyl-substituiertes Phenyl sind Ethylbenzol, Toluol, Xylol und seine Isomere, Mesitylen oder Isopropylbenzol. Halogen-substituiertes Phenyl ist beispielsweise Dichlorbenzol oder Bromtoluol.
  • Alkoxysubstituenten sind typischerweise Methoxy, Ethoxy, Propoxy oder Butoxy und ihre entsprechenden Isomere.
  • C7-C9-Phenylalkyl ist Benzyl, Phenylethyl oder Phenylpropyl.
  • C5-C10-Heteroaryl ist beispielsweise Pyrrol, Pyrazol, Imidazol, 2,4-Dimethylpyrrol, 1-Methylpyrrol, Thiophen, Furan, Furfural, Indol, Cumaron, Oxazol, Thiazol, Isoxazol, Isothiazol, Triazol, Pyridin, α-Picolin, Pyridazin, Pyrazin oder Pyrimidin.
  • Wenn R ein einwertiger Rest einer Carbonsäure ist, ist er beispielsweise ein Acetyl-, Propionyl-, Butyryl-, Valeroyl-, Caproyl-, Stearoyl-, Lauroyl-, Acryloyl-, Methacryloyl-, Benzoyl-, Cinnamoyl- oder β-(3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionylrest.
  • C1-C18-Alkanoyl ist beispielsweise Formyl, Propionyl, Butyryl, Octanoyl, Dodecanoyl, aber vorzugsweise Acetyl, und C3-C5-Alkenoyl ist insbesondere Acryloyl.
  • Besonders geeignete Nitroxylether und Nitroxylradikale sind die der Formeln:
  • Figure 00130001
  • Das Verfahren ist besonders zur Herstellung von Blockcopolymeren nützlich, wobei in einem ersten Schritt Vinylchlorid polymerisiert wird, und in einem zweiten Schritt ein anderes ethylenisch ungesättigtes Monomer zu dem Polyvinylchlorid zugegeben und blockcopolymerisiert wird, um einen A-B-Block zu bilden.
  • Es ist ebenso möglich, die Verfahrensweise zweimal, dreimal oder mehrmals zu wiederholen, um Multiblockstrukturen zu erreichen.
  • Wenn Copolymere hergestellt werden, können sie von statistischer Copolymerstruktur, Gradientenstruktur oder Multiblockcopolymerstruktur, wie A-B-A, B-A-B oder A-B-C, sein. Die Länge der Blöcke kann in einem breiten Bereich variieren. Es kann ausreichend sein, die Polymereigenschaften, wie Polarität, Verträglichkeit oder Adhäsion, zu beeinflussen, wenn der zweite Block beispielsweise aus einer bis wenigen Monomereinheiten besteht. Für die Modifikation der anderen Eigenschaften, wie Glasübergangstemperaturen oder mechanische Eigenschafen, ist eine Blocklänge von mehr als 5 Einheiten bevorzugt.
  • Vorzugsweise wird das andere ethylenisch ungesättigte Monomer aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Ethylen, Propylen, n-Butylen, i-Butylen, Styrol, substituiertem Styrol, Vinylpyridin, konjugierten Dienen, Acrolein, Vinylacetat, Vinylpyrrolidon, Vinylimidazol, Maleinsäureanhydrid, Maleinimid, das an dem Stickstoffatom nicht substituiert oder durch Alkyl oder Aryl substituiert sein kann, (Alkyl)acrylsäureanhydriden, (Alkyl)acrylsäuresalzen, (Alkyl)acrylsäureestern, (Alkyl)acrylnitrilen oder (Alkyl)acrylamiden.
  • Beispielsweise ist das ethylenisch ungesättigte Monomer eine Verbindung der Formel CH2=C(Ra)-(C=Z)-Rb, worin Ra Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl ist, Rb NH2, O(Me+), Glycidyl, unsubstituiertes C1-C18-Alkoxy, C2-C100-Alkoxy, das durch mindestens ein N- und/oder O-Atom unterbrochen ist, oder Hydroxy-substituiertes C1-C18-Alkoxy, unsubstituiertes C1-C18-Alkylamino, Di(C1-C18-alkyl)amino, Hydroxy-substituiertes C1-C18-Alkylamino oder Hydroxy-substituiertes Di(C1-C18-alkyl)amino, -O-CH2-CH2-N(CH3)2 oder -O-CH2-CH2-N+H(CH3)2An ist;
    An ein Anion einer einwertigen organischen oder anorganischen Säure ist;
    Me ein einwertiges Metallatom oder das Ammoniumion ist;
    Z Sauerstoff oder Schwefel ist.
  • Beispiele von Säuren, aus denen das Anion An stammt, sind C1-C12-Carbonsäuren, organische Sulfonsäuren, wie CF3SO3H oder CH3SO3H, Mineralsäuren, wie HCl, HBr oder HI, Oxosäuren, wie HClO4 oder Komplexsäuren, wie HPF6 oder HBF4.
  • Beispiele für Rb als C2-C100-Alkoxy, das durch mindestens ein O-Atom unterbrochen ist, weisen die Formel
    Figure 00150001
    auf, worin Rc C1-C25-Alkyl, Phenyl oder Phenyl, substituiert durch C1-C18-Alkyl, ist, Rd Wasserstoff oder Methyl ist und v eine Zahl von 1 bis 50 ist. Diese Monomere stammen beispielsweise aus nicht-ionischen oberflächenaktiven Mitteln durch Acrylierung der entsprechenden alkoxylierten Alkohole oder Phenole. Die Wiederholungseinheiten können aus Ethylenoxid, Propylenoxid oder Gemischen aus beiden stammen.
  • Weitere Beispiele von geeigneten Acrylat- oder Methacrylatmonomeren werden nachstehend angegeben.
    Figure 00150002
    worin An und Ra die Bedeutung, wie oben definiert, aufweisen und Re Methyl oder Benzyl ist. An ist vorzugsweise Cl, Br oder O3S-CH3.
  • Weitere Acrylatmonomere sind
  • Figure 00150003
  • Figure 00160001
  • Beispiele für geeignete andere Monomere als Acrylate sind
    Figure 00160002
    Figure 00170001
    worin R H, C1-C12-Alkyl oder Phenyl ist.
  • Vorzugsweise ist Ra Wasserstoff oder Methyl, Rb NH2, Glycidyl, unsubstituiert oder mit Hydroxy-substituertes C1-C4-Alkoxy, unsubstituiertes C1-C4-Alkylamino, Di(C1-C4-alkyl)amino, Hydroxy-substituiertes C1-C4-Alkylamino oder Hydroxy-substituiertes Di(C1-C4-alkyl)amino; und Z Sauerstoff.
  • Am stärksten bevorzugt ist das ethylenisch ungesättigte Monomer ein Acrylsäureester, Acrylamid, Acrylnitril, Methacrylsäureester, Methacrylamid, Methacrylnitril, Butadien, Isopren oder Maleinimid.
  • Das Blockcopolymer kann zunächst durch Isolieren des Polyvinylchlorids und anschließende Reinigung, wenn notwendig, hergestellt werden. Das Polyvinylchlorid wird dann in einem geeigneten Lösungsmittel oder in dem Monomer in einem Reaktor gelöst oder dispergiert. Wenn es noch nicht vorliegt, wird das Monomer zugegeben und das Gemisch unter Erhitzen gerührt. In Abhängigkeit des Nitroxylradikals und des verwendeten Monomers kann eine Temperatur von 90 bis 160°C nötig sein, um die Polymerisation des zweiten Blockes zu initiieren. Vorzugsweise beträgt die Temperatur 90 bis 150°C. Andere Polymerisationsverfahren, wie Emulsion, Suspension oder Mikroemulsion, sind ebenso möglich.
  • Es kann nützlich sein, den zweiten Polymerisationsschritt in Gegenwart eines PVC-Stabilisators durchzuführen, um thermische Zersetzung von PVC, insbesondere bei höheren Reaktionstemperaturen zu vermeiden. Diese Stabilisatoren sind beispielsweise Ca-, Zn-, Ba- oder Cd-Salze von Kohlensäuren. Bevorzugte PVC-Stabilisatoren stören das Radikalkettenpolymerisationsverfahren nicht. Geeignete Stabilisatoren sind beispielsweise Mischmetallstabilisatoren, beispielsweise auf der Basis von Ca und Zn. Geeignete Stabilisatoren werden in „Plastic Additives Handbook, 5. Auflage, 2000, Seiten 427–465" beschrieben.
  • In vielen Fällen ist die Isolierung und Reinigung des Polyvinylchlorids nicht notwendig und das zweite Monomer kann direkt zu dem Reaktor zugegeben werden, worin das Vinylchlorid polymerisiert worden ist, nachdem überschüssiges Vinylchlorid entfernt worden ist.
  • Die Möglichkeit der Reinitiationspolymerisation ist ein einmaliges Merkmal einer sogenannten „Living-Polymerisation".
  • Folglich ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung ein Polyvinylchloridmakroinitiator mit einer thermisch labilen Nitroxylgruppe, die über das Sauerstoffatom gebunden ist, wobei der Makroinitiator fähig ist, sich in ein Polyvinylchloridradikal und ein Nitroxylradikal bei der Wärmebehandlung zu spalten.
  • Noch ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines stabilen freien Nitroxylradikals zur kontrollierten Radikalkettenpolymerisation oder -copolymerisation von Vinylchlorid bei einer Temperatur zwischen 40°C und 95°C bei einem Druck zwischen 5 und 30 bar.
  • Licht- und Wärmestabilisatoren und, wenn gewünscht, weitere Additive können zu dem Polyvinylchlorid (PVC), das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurde, zugegeben werden. Diese können mit dem PVC unter Verwendung an sich bekannter Vorrichtungen, wie Kalander, Mischer, Mischungsentwickler, Extruder und dergleichen, gemischt werden.
  • Das Polyvinylchlorid, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, kann in die gewünschte Form in einer bekannten Weise umgewandelt werden. Verfahren von diesem Typ sind beispielsweise Zermahlen, Kalandrieren, Extrusion, Spritzgießen, Sintern oder Spinnen, außerdem Extrusionsblasformen oder Umwandlung durch das Plastisolverfahren. Es kann ebenso zu Schäumen umgewandelt werden.
  • Das Polyvinylchlorid, das gemäß der Erfindung hergestellt wurde, ist insbesondere für halbstarre und flexible Formulierungen, insbesondere in Form von flexiblen Formulierungen für Drahtumhüllungen und Kabelisolierungen, die besonders bevorzugt sind, geeignet. In der Form von halbstarren Formulierungen ist es besonders für dekorative Filme, Schäume, Landwirtschaftsfolien, Rohre, Abdichtungsprofile und Bürofolien geeignet.
  • In der Form von festen Formulierungen ist es besonders für hohle Gegenstände (Flaschen), Verpackungsfolien (thermogeformte Folien), Blasfolien, Crash-Pad-Folien (Autos), Rohre, Schäume, schwere Profile (Fensterrahmen), Leichtwandprofile, Bauprofile, Bretterverkleidungen, Bauteile, Bürofolien und Vorrichtungsgehäuse (Computer und Haushaltsgeräte) geeignet.
  • Beispiele zur Verwendung der Polyvinylchloride als Plastisole sind künstliches Leder, Fußbodenbeläge, Textilbeschichtungen, Wandbeläge, Coil-Coating und Autounterbodenschutz.
  • Die folgenden Beispiele stellen die Erfindung dar.
  • Allgemeine Experimentbeschreibung der Beispiele 1 bis 9 und Kontrollexperimente A bis D
  • Die Polymerisation wird gemäß dem Suspensionsverfahren in diskontinuierlicher Weise durchgeführt. Ein doppelt ummantelter Druckreaktor wird bei einer Temperatur zwischen 70 und 85°C betrieben. Das Reaktorvolumen beträgt 500 ml, Rührgeschwindigkeit 1000 U/min, der Druck macht 12 bis 18 bar aus, in Abhängigkeit der für die Polymerisation verwendeten Temperatur.
  • Die folgende Rezeptur wird in den Reaktor gegeben:
    250 ml H2O, vollentsalzt und entgast
    62,5 g (1 mol) Vinylchlorid 3,7, 99,97% stabilisiert (Lieferant: Messer Griesheim)
    234 mg Polyvinylalkohol 7200, Hydrolysegrad 98% (Lieferant: Merck Schuchard)
    30 mg Zitronensäure
    0,1 Mol-%, basierend auf Vinylchlorid, 1,1-Dimethyl-2-ethylhexanperoxoat (Luperoxo Elf Atochem)
  • Molekulargewichte werden durch Gelpermeationschromatographie (GPC) unter Verwendung von Tetrahydrofuran als Elutionsmittel, basierend auf Polystyrolstandards (3 Säulen, Polymer Laboratories) bestimmt.
  • Die stabilen freien Nitroxylradikale, die zu der Rezeptur zugegeben werden, werden in den Tabellen 1 bis 4 angegeben. Tabelle 1: Einfluß der Temperatur auf die Polymerisation in Gegenwart von Nitroxyl 1
    Figure 00190001
    Nitroxyl 1 ist Di-tert-butylnitroxid bei 0,05 Mol-%, bezogen auf Vinylchlorid,
    Reaktionszeit: 21 h
    Kontrolle A, B, C ohne Di-tert-butylnitroxid Tabelle 2: Einfluß der Nitroxylkonzentration unter Verwendung von Nitroxyl 1
    Figure 00200001
    Nitroxyl 1 ist Di-tert-butylnitroxid, Mol-%, bezogen auf Vinylchlorid
    Reaktionszeit: 21 h Tabelle 3: Einfluß des Nitroxyltyps
    Figure 00200002
    Stabile freie Nitroxylradikale: Nitroxyl 2 ist
    Figure 00210001
    hergestellt gemäß WO 00/07981,
    Nitroxyl 3 ist
    Figure 00210002
    hergestellt gemäß GB 2335190 ,
    Reaktionszeit: 21 h
  • Allgemeine Experimentbeschreibung der Beispiele 10 bis 14 und Kontrollexperimente E, F
  • Die Polymerisation wird gemäß dem Suspensionsverfahren in diskontinuierlicher Weise durchgeführt. Ein doppelt ummantelter Druckreaktor mit einem Volumen von 1000 ml wird bei einer Temperatur zwischen 70 und 90°C bei einer Rührgeschwindigkeit von 1000 U/min betrieben. Der Druck macht 9 bis 18 bar in Abhängigkeit der für die Polymerisation verwendeten Temperatur aus.
  • Die folgende Rezeptur wird in den Reaktor gegeben:
    250 ml H2O, vollentsalzt und entgast
    75 g Vinylchlorid 3,7, 99,97% stabilisiert (Lieferant: Messer Griesheim)
    300 mg Polyvinylalkohol (Mowiol 8-88, Lieferant: Clariant)
    0,1 Mol-%, basierend auf Vinylchlorid, 1,1-Dimethyl-2-ethylhexanperoxoat (Luperox 26, Lieferant: Atofina)
  • Nach einer Reaktionszeit von 21 Stunden wird das erhaltene Polymer durch Filtration oder Zentrifugation isoliert. Das rohe Polymer wird mit Wasser gewaschen, filtriert, mit Ethanol gewaschen, unter Vakuum bei 40°C bis zu einem konstanten Gewicht getrocknet.
  • Molekulargewichte und die Polydispersität werden durch Gelpermeationschromatographie GPC (3 Säulen, PL Polymer Laboratories) bestimmt, mit eng verteilten Polystyrolstandards kalibriert.
  • Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4: Einfluß der Temperatur auf die Polymerisation in Gegenwart des stabilen freien Nitroxylradikals 1: 0,05 Mol-%, bezogen auf Vinylchlorid
    Figure 00220001
  • n. d.
    = nicht bestimmt
  • Experimentbeschreibung der Reinitiationsbeispiele 15 bis 22 und Kontrollexperiment G
  • Reinitiationsexperimente werden in einem 100-ml-Schlenck-Rohr durchgeführt. Die Lösung, die das jeweilige PVC, ein Monomer und Lösungsmittel (Chlorbenzol) enthält, wird entgast und für 15 h (Tabelle 5) oder 21 h (Tabelle 6) bei der geeigneten Temperatur, die in den Tabellen 5 und 6 angegeben sind, unter Rühren erhitzt. Nach dem Abkühlen in einem Eisbad wird das Polymer in 1500 ml Methanol ausgefällt, filtriert, mit Ethanol gewaschen und unter Vakuum bei 40°C getrocknet. Die Molekulargewichte und die Polydispersität werden durch GPC (3 Säulen, PL Polymer Laboratories) bestimmt, mit eng verteilten Polystyrolstandards kalibriert.
  • Die folgende Rezeptur wird verwendet:
    1,25 g PVC aus Beispiel 7 und Beispiel 10
    20 ml Chlorbenzol
    5 g Comonomer, wie in den Tabellen 5 und 6 angegeben, destabilisiert. Tabelle 5: Reinitiations- und Blockcopolymerisation
    Figure 00230001
    Reaktionszeit: 15 h Tabelle 6: Reinitiations- und Blockcopolymerisation
    Figure 00230002
    • * Ausbeute: Umwandlung 2. Monomer
    • ** Rückgewinnung von PVC
    CSA
    = Campher-10-sulfonsäure,
    MAA
    = Maleinsäureanhydrid,
    MAI
    = Maleinsäureimid,
    Stab.
    = Stearyl-benzoyl-methan.
  • Die Zugabe von CSA in den Beispielen 19, 20 beschleunigt die Polymerisationsrate, wie aus beispielsweise US 5608023 bekannt.
  • Die Zugabe von Stearyl-benzoyl-methan zu der Reaktionslösung in Beispiel 21 und 22 führt zur reduzierten Verfärbung der Probe gemäß verbesserter Wärmestabilität des PVC-Polymers.
  • Beispiel 23: in-situ-Reinitiation mit Butadien
  • Eine Suspension aus 30 g Vinylchlorid, 200 ml H2O vollentsalzt, 300 mg Polyvinylalkohol (Mowiol 888) und 0,1 Mol-% Initiator (1,1-Dimethyl-2-ethylhexanperoxoat) werden für 21 h Reaktionszeit bei 90°C mit 1000 U/min gerührt. Der Reaktor wird durch einen Stickstoffstrom und Vakuum entgast und mit 30 g Butadien gefüllt. Die Reaktion wird bei 90°C für weitere 21 h gerührt. Das Produkt wird isoliert (7 g), gereinigt und analysiert, wie oben beschrieben. Mn = 19.000, Mw = 39.000, PD = 2,0.

Claims (20)

  1. Verfahren zur kontrollierten Radikalpolymerisation oder -copolymerisation von Vinylchlorid bei einer Temperatur zwischen 40°C und 95°C, bei einem Druck zwischen 5 und 30 bar in Gegenwart eines stabilen Nitroxylradikals.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymerisation oder Copolymerisation in Suspension durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Molverhältnis des Radikalinitiators zu dem stabilen freien Nitroxylradikal 100 : 1 bis 1 : 10 beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stabile freie Nitroxylradikal vom Beginn der Polymerisation vorliegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stabile freie Nitroxylradikal in situ während der Polymerisationsreaktion aus dem entsprechenden Nitroxylether gebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stabile freie Nitroxylradikal eine Verbindung der Formel A', B' oder O' ist,
    Figure 00250001
    Figure 00260001
    worin m 1 ist, R Wasserstoff, C1-C18-Alkyl, das nicht unterbrochen oder durch ein oder mehrere Sauerstoffatome unterbrochen ist, Cyanoethyl, Benzoyl, Glycidyl, ein einwertiger Rest einer aliphatischen Carbonsäure mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, einer cycloaliphatischen Carbonsäure mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder einer α,β-ungesättigten Carbonsäure mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen oder einer aromatischen Carbonsäure mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen ist; p 1 ist; R101 C1-C18-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, C7-C8-Aralkyl, C2-C18-Alkanoyl, C3-C5-Alkenoyl oder Benzoyl ist; R102 C1-C18-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, C2-C8-Alkenyl, unsubstituiert oder substituiert durch eine Cyano-, Carbonyl- oder Carbamidgruppe, ist, oder Glycidyl, eine Gruppe der Formel -CH2CH(OH)-Z oder der Formel -CO-Z oder -CONH-Z ist, worin Z Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ist; G6 Wasserstoff ist und G5 Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl ist, und G1 und G3 Methyl sind und G2 und G4 Ethyl oder Propyl sind oder G1 und G2 Methyl sind und G3 und G4 Ethyl oder Propyl sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei in Formel A', B' und O' R Wasserstoff, C1-C18-Alkyl, Cyanoethyl, Benzoyl, Glycidyl, ein einwertiger Rest einer aliphatischen Carbonsäure ist; R1 C1-C12-Alkyl, C7-C8-Aralkyl, C2-C18-Alkanoyl, C3-C5-Alkenoyl oder Benzoyl ist; R2 C1-C18-Alkyl, Glycidyl, eine Gruppe der Formel -CH2CH(OH)-Z oder der Formel -CO-Z ist, worin Z Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stabile freie Nitroxylradikal die Formel (Ic'), (Id'), (Ie'), (If'), (Ig') oder (Ih') aufweist
    Figure 00270001
    worin R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, die durch OH, Halogen oder eine Gruppe -O-C(O)-R5 substituiert sind, C2-C18-Alkyl, das durch mindestens ein O-Atom und/oder eine NR5-Gruppe unterbrochen ist, C3-C12-Cycloalkyl oder C6-C10-Aryl sind, oder R1 und R2 und/oder R3 und R4 zusammen mit dem Bindungskohlenstoffatom einen C3-C12-Cycloalkylrest bilden; R5, R6 und R7 unabhängig voneinander Wasserstoff, C1-C18-Alkyl oder C6-C10-Aryl sind; R8 Wasserstoff, OH, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, die durch ein oder mehrere OH, Halogen oder eine Gruppe -O-C(O)-R5 substituiert sind, C2-C18-Alkyl, das durch mindestens ein O-Atom und/oder eine NR5-Gruppe unterbrochen ist, C3-C12-Cycloalkyl oder C6-C10-Aryl, C7-C9-Phenylalkyl, C5-C10-Heteroaryl, -C(O)-C1-C18-Alkyl, -O-C1-C18-Alkyl oder -COOC1-C18-Alkyl sind; und R9, R10, R11 und R12 unabhängig voneinander Wasserstoff, Phenyl oder C1-C18-Alkyl sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in Formel (Ic'), (Id'), (Ie'), (If'), (Ig') und (Ih') mindestens zwei von R1, R2, R3 und R4 Ethyl, Propyl oder Butyl sind und die übrigen Methyl sind; oder R1 und R2 oder R3 und R4 zusammen mit dem Bindungskohlenstoffatom einen C5-C6-Cycloalkylrest bilden und einer der übrigen Substituenten Ethyl, Propyl oder Butyl ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stabile freie Nitroxylradikal ein Wasserstoffatom aufweist, das an das Kohlenstoffatom in α-Stellung zu dem Stickstoffatom gebunden ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das stabile freie Stickstoffradikal eine Verbindung der Formel
    Figure 00280001
    ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Nitroxylether, aus dem das stabile freie Nitroxylradikal gebildet wird, die Formel A, B oder O aufweist
    Figure 00280002
    Figure 00290001
    worin m 1 ist, R Wasserstoff, C1-C18-Alkyl, das nicht unterbrochen oder durch ein oder mehrere Sauerstoffatome unterbrochen ist, Cyanoethyl, Benzoyl, Glycidyl, ein einwertiger Rest einer aliphatischen Carbonsäure mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, einer cycloaliphatischen Carbonsäure mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder einer α,β-ungesättigten Carbonsäure mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen oder einer aromatischen Carbonsäure mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen ist; p 1 ist; R101 C1-C12-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, C7-C8-Aralkyl, C2-C18-Alkanoyl, C3-C5-Alkenoyl oder Benzoyl ist; R102 C1-C18-Alkyl, C5-C7-Cycloalkyl, C2-C8-Alkenyl, unsubstituiert oder substituiert durch eine Cyano-, Carbonyl- oder Carbamidgruppe, ist, oder Glycidyl, eine Gruppe der Formel -CH2CH(OH)-Z oder der Formel -CO-Z oder -CONH-Z ist, worin Z Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ist; G6 Wasserstoff ist und G5 Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl ist, G1 und G3 Methyl sind und G2 und G4 Ethyl oder Propyl sind oder G1 und G2 Methyl sind und G3 und G4 Ethyl oder Propyl sind; und X aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus -CH2-Phenyl, CH3CH-Phenyl, (CH3)2C-Phenyl, (C5-C6-Cycloalkyl)2CCN, (CH3)2CCN, -CH2CH=CH2, CH3CH-CH=CH2, (C1-C4-Alkyl)-CR20-C(O)-phenyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-(C1-C4)-alkoxy, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-N-di(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-NH(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-NH2, worin R20 Wasserstoff oder (C1-C4)-Alkyl ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei in Formel A, B und O R Wasserstoff, C1-C18-Alkyl, Cyanoethyl, Benzoyl, Glycidyl, ein einwertiger Rest einer aliphatischen Carbonsäure ist; R101 C1-C12-Alkyl, C7-C8-Aralkyl, C2-C18-Alkanoyl, C3-C5-Alkenoyl oder Benzoyl ist; R102 C1-C18-Alkyl, Glycidyl, eine Gruppe der Formel -CH2CH(OH)-Z oder der Formel -CO-Z ist, worin Z Wasserstoff, Methyl oder Phenyl ist; und X CH3CH-Phenyl ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Nitroxylether, aus dem das stabile freie Nitroxylradikal gebildet wird, die Formel (Ic), (Id), (Ie), (If), (Ig) oder (Ih) aufweist
    Figure 00300001
    worin R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, die durch OH, Halogen oder eine Gruppe -O-C(O)-R5 substituiert sind, C2-C18-Alkyl, das durch mindestens ein O-Atom und/oder eine NR5-Gruppe unterbrochen ist, C3-C12-Cycloalkyl oder C6-C10-Aryl sind, oder R1 und R2 und/oder R3 und R4 zusammen mit dem Bindungskohlenstoffatom einen C3-C12-Cycloalkylrest bilden; R5, R6 und R7 unabhängig voneinander Wasserstoff, C1-C18-Alkyl oder C6-C10-Aryl sind; R8 Wasserstoff, OH, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, C1-C18-Alkyl, C3-C18-Alkenyl, C3-C18-Alkinyl, die durch ein oder mehrere OH, Halogen oder eine Gruppe -O-C(O)-R5 substituiert sind, C2-C18-Alkyl, das durch mindestens ein O-Atom und/oder eine NR5-Gruppe unterbrochen ist, C3-C12-Cycloalkyl oder C6-C10-Aryl, C7-C9-Phenylalkyl, C5-C10-Heteroaryl, -C(O)-C1-C18-Alkyl, -O-C1-C18-Alkyl oder -COOC1-C18-Alkyl sind; R9, R10, R11 und R12 unabhängig voneinander Wasserstoff, Phenyl oder C1-C18-Alkyl sind; und X aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus -CH2-Phenyl, CH3CH-Phenyl, (CH3)2C-Phenyl, (C5-C6-Cycloalkyl)2CCN, (CH3)2CCN, -CH2CH=CH2, CH3CH-CH=CH2, (C1-C4-Alkyl)-CR20-C(O)-phenyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-(C1-C4)-alkoxy, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-N-di(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-NH(C1-C4)-alkyl, (C1-C4)-Alkyl-CR20-C(O)-NH2, worin R20 Wasserstoff oder (C1-C4)-Alkyl ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei in Formel (Ic), (Id), (Ie), (If), (Ig) und (Ih) mindestens zwei von R1, R2, R3 und R4 Ethyl, Propyl oder Butyl sind und die übrigen Methyl sind; oder R1 und R2 oder R3 und R4 zusammen mit dem Bindungskohlenstoffatom einen C5-C6-Cycloalkylrest bilden und einer der übrigen Substituenten Ethyl, Propyl oder Butyl ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem ersten Schritt Vinylchlorid polymerisiert wird und in einem zweiten Schritt ein anderes ethylenisch ungesättigtes Monomer zu dem Polyvinylchlorid zugegeben und blockcopolymerisiert wird, um einen A-B-Block zu bilden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das andere ethylenisch ungesättigte Monomer aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Ethylen, Propylen, n-Butylen, i-Butylen, Styrol, substituiertem Styrol, Vinylpyridin, konjugierten Dienen, Acrolein, Vinylacetat, Vinylpyrrolidon, Vinylimidazol, Maleinsäureanhydrid, Maleinimid, das an dem Stickstoffatom nicht substituiert oder durch Alkyl oder Aryl substituiert sein kann, (Alkyl)acrylsäureanhydriden, (Alkyl)acrylsäuresalzen, (Alkyl)acrylsäureestern, (Alkyl)acrylnitrilen oder (Alkyl)acrylamiden.
  18. Polyvinylchloridmakroinitiator mit einer thermisch labilen Nitroxylgruppe, die über das Sauerstoffatom gebunden ist, wobei der Makroinitiator fähig ist, sich in ein Polyvinylchloridradikal und ein Nitroxylradikal bei der Wärmebehandlung zu spalten.
  19. Polyvinylchloridblockcopolymer, hergestellt nach Anspruch 16.
  20. Verwendung eines stabilen freien Nitroxylradikals zur kontrollierten Radikalpolymerisation oder -copolymerisation von Vinylchlorid bei einer Temperatur zwischen 40°C und 95°C bei einem Druck zwischen 5 und 30 bar.
DE60114442T 2000-11-13 2001-11-06 Copolymerisierung von vinylchlorid in gegenwart eines stabilen nitroxylradikals Expired - Lifetime DE60114442T2 (de)

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