DE906516C

DE906516C - Verfahren zur Herstellung von Mischpolymerisaten

Info

Publication number: DE906516C
Application number: DEP5895A
Authority: DE
Inventors: David Malcolm Mcqueen
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1950-08-18
Filing date: 1951-07-20
Publication date: 1954-03-15
Also published as: GB701124A; US2599119A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mischpolymerisaten aus Äthylen mit Monoestern von Äthylen-α, ^-dicarbonsäuren. Diese Mischpolymerisate enthalten 7 bis 40 Mol Äthylen pro Mol Äthylen-α, /J-dicarbonsäuremonoester und werden durch Mischpolymerisation von Äthylen mit den Äthylen-α, /J-dicarbonsäuremonoestern unter Druck in Gegenwart einer unter den Reaktionsbedingungen instabile freie Radikale bildenden Verbindung bei 0 bis 250⁰ hergestellt.

Es wird z. B. ein Druckgefäß mit einem Äthylen- a, jÖ-dicarbonsäuremonoester, einem Reaktionsmedium und einer unter den Reaktionsbedingungen instabile freie Radikale bildenden Verbindung beschickt, auf o° oder tiefer abgekühlt, mit sauerstoff freiem Stickstoff ausgespült und dann evakuiert. Dann wird mit Äthylen unter einen vorherbestimmten Druck gesetzt, worauf das gefüllte Reaktionsgefäß auf eine heizbare Schüttelmaschine gebracht wird. Man beginnt nun mit dem Schütteln und Heizen, und nachdem die Temperatur den für die Reaktion bestimmten Wert erreicht hat, wird der Druck mit Äthylen auf die gewünschte Höhe eingestellt. Während der ganzen Reaktionsdauer wird der Druck in dem Reaktionsgefäß durch periodische weitere Zuführung von Äthylen oder Monoesterlösung aufrechterhalten. Nach Beendigung der Reaktion, die sich durch ein Aufhören des Druckabfalls bemerkbar macht, läßt man das Reaktionsgefäß abkühlen und entleert es. Wenn das erhaltene Mischpolymerisat in dem Reaktionsmedium unlöslich ist, wird es abfiltriert und anschließend gewaschen und getrocknet. Wenn das Mischpolymerisat

in dem Reaktionsmedium löslich ist, kann es dadurch isoliert werden, daß man die Lösung in Wasser oder eine Wasser-Methanol-Mischung gießt und dann das ausgefällte Polymerisat abfiltriert. Wenn das erhaltene Produkt zu klebrig ist, um auf diese Weise abgetrennt zu werden, wird die Reaktionsmischung zur Entfernung des organischen Lösungsmittels mit Wasserdampf destilliert, wobei der unveränderte, nichtflüssige Äthylen-, a, ß-dicarbonsäuremonoester

ίο in der Wasserschicht bleibt. Das Polymere wird durch Erhitzen im Vacuum getrocknet.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch zu beschränken. Die wahren Viscositäten wurden an o,5°/₀igen Xylollösungen von 85⁰ gemessen.

Beispiel I

Ein Druckgefäß wurde mit 50 g Maleinsäuremonomethylester, 3 g cc, a'-Azodiisobutyronitril und 400 g Isopropylalkohol beschickt, das Reaktionsgefäß auf 0 abgekühlt, mit sauerstoff fr eiern Stickstoff ausgespült und dann evakuiert. Das gefüllte Gefäß wurde auf eine Schüttelmaschine gebracht und mit Äthylen unter einem Druck von 700 bis 1000 at bei 80 bis 86° gebracht. Es wurde dann 2 Stunden lang in Bewegung gehalten und während dieser Zeit der Druck durch, periodisches, weiteres Einleiten von Äthylen auf dem genannten Wert gehalten. Dann ließ man das Reaktionsgefäß abkühlen, öffnete und entleerte es. Aus der Reaktionsmischung wurden 159 g eines festen Polymerisats mit einem Schmelzpunkt von 103 bis iio° abgetrennt. Eine Analyse des Produktes ergab einen Äthylengeh alt von 75 Gewichtsprozent. Die Säurezahl betrug 104 und die Shorehärte 100. Das

berechnete Molverhältnis von Äthylen zu Maleinsäuremonomethylester betrug 14: i.

Beispiel II

Nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren, jedoch mit einer aus 40 g Maleinsäuremonoäthylester, 2 g i, i'-Azodicyclohexancarbonsäurenitril und 500 g Isopropylalkohol bestehenden Beschickung erhielt man bei 110 bis in^c und einem Äthylendruck von J 840 bis 990 at nach 1 Stunde 28 g eines 65 Gewichts- ' prozent Äthylen enthaltenden Polymerisats mit einem Schmelzpunkt zwischen 60 und 63 °. Die Säurezahl des Polymerisats war 129, sein berechnetes Molverhältnis von Äthylen zu Maleinsäuremonoäthylester betrug 9,6: 1, seine Shorehärte 22, seine Schmelzviscosität 21 und seine wahre Viscosität 0,094.

Beispiel III

Nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren, je- i doch mit einer aus 30 g Maleinsäuremonomethylester, 0,4 g Di-(tert.-butyl)-peroxyd und 400 g tert.-Butyl- \ alkohol bestehenden Beschickung erhielt man bei 140' ; und einem Äthylendruck von 700 bis 975 at nach j

2 Stunden 178 g eines 86 Gewichtsprozent Äthylen ' enthaltenden und bei 114 bis I2o^c schmelzenden j Polymerisats. Die Säurezahl des Polymerisats betrug 56, seine Shorehärte 95, sein berechnetes Äthylen- I Maleinsäuremonomethylester-Molverhältnis 29 : 1 und seine wahre Viscosität 0,34.

Beispiel IV

Nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren,

jedoch mit einer aus 100 g Maleinsäuremonooctadecylester, 1,6 g Di-(tert.-butyl)-peroxyd und 400 g tert.-Butylalkohol bestehenden Beschickung erhielt man

bei 125 bis 147⁰ und einem Äthylendruck von 550 bis 960 at nach zwei Stunden 193 g eines Polymerisats,

das 62 Gewichtsprozent Äthylen enthielt und bei ' 67 bis 73° schmolz. Die Säurezahl des Polymerisats

war 56, sein Molverhältnis von Äthylen zu Maleinsäure-

^! monooctadecylester 21: i, seine Shorehärte 59, seine Schmelzviscosität 18 und seine wahre Viscosität 0,14.

Beispiel V _gc

Nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren, jedoch mit einer aus 50 g Maleinsäuremonomethylester, 0,8 g Di (tert.-butyl)-peroxyd, 370 g tert.-Butylalkohol und 30 g Cyclohexan bestehenden Beschickung erhielt man bei 130⁰ und einem Äthylendruck von 880 bis 1000 at nach einer Stunde 80 g eines 60 Gewichtsprozent Äthylen enthaltenden und bei 90 bis 97° schmelzenden Polymerisats. Seine Säurezahl betrug 184, sein Molverhältnis von Äthylen zu Maleinsäuremonomethylester 7: 1 und seine Shorehärte 85.

Beispiel VI

Nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren, jedoch mit einer aus 50 g 'Maleinsäuremonomethylester, 1,2 g Di-(tert.-butyl)-peroxyd, 340 g tert.-Butylalkohol und 60 g Isopropylalkohol bestehenden Beschickung erhielt man bei 127 bis 143⁰ und bei einem Äthylendruck von 600 bis 990 at no g eines 76 Gewichtsprozent Äthylen enthaltenden und bei 87 bis 93° schmelzenden Polymerisats. Die Säurezahl des Polymerisats betrug 106, sein Molverhältnis von Äthylen zu Maleinsäuremonomethylester 15 :1, seine Shorehärte 83, seine Sehmelzviscosität 153 und seine wahre Viscosität 0,13.

Beispiel VII

Nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren, jedoch mit einer aus 50 g Maleinsäuremonomethylester, 1,2 g Di (tert.-butyl)-peroxyd und 340 g tertiärem Butylalkohol bestehenden Beschickung erhielt man bei 130 bis 141° und einem Äthylendruck von 800 bis 990 at nach 1 Stunde 92 g eines bei 93 bis 97'¹ schmelzenden Polymerisats. Das Polymerisat enthielt 70 Gewichtsprozent Äthylen und besaß ein Molverhältnis von Äthylen zu Maleinsäuremonomethylester von 11: i. Seine Säurezahl war 134, seine Shorehärte 86, seine Schmelzviscosität 201 und seine wahre Viscosität 0,14.

Beispiel VIII

Nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren, jedoch mit einer aus 50 g Maleinsäuremonoäthylester, 1,2 g Di-(tert.-butyl)-peroxyd und 340 tert.-Butylalkohol bestehenden Beschickung erhielt man bei 130 bis 144⁰ und einem Äthylendruck von 600 bis

iooo at nach ι Stunde 153 S ei^nes bei 83 bis 87⁰ schmelzenden Polymerisats. Es enthielt 78 Gewichtsprozent Äthylen, das Molverhältnis von Äthylen zu Äthylmaleinsäuremonoester betrug 19 : i, seine Säurezahl 86, seine Shorehärte 84, seine Schmelzviscosität 219 und seine wahre Viscosität 0,16.

Beispiel IX

Ein Druckgefäß wurde mit einer Lösung aus 10 g Maleinsäuremonobutylester, 100 g tert.-Butylalkohol und 0,15 g i, i'-Azodicyclohexancarbonsäurenitril beschickt und mit Äthylen bei 93 bis 95 ° C unter einen Druck von 910 bis 990 at gesetzt. Diese Bedingungen wurden 5 Stunden lang aufrechterhalten, während welcher Zeit der Druck durch periodische, weitere Zuführung von Äthylen auf dem angegebenen Wert gehalten wurde. Danach ließ man das Reaktionsgefäß abkühlen, ließ den Druck ab und entleerte es. Das erhaltene Produkt war ein breiiges Gel, das mit Dampf behandelt und trockengewalzt wurde. Die Ausbeute betrug 20 g. Eine Analyse des Produktes ergab einen Sauerstoffgehalt von 15,48 %, was 41,6 % Maleinsäuremonobutylester und 58,4 °/₀ Äthylen und einem Molverhältnis von Äthylen zu Maleinsäuremonobutylester von 8,6: 1 entspricht. Die wahre Viscosität des Produktes beträgt 0,26. Bei 120⁰ gepreßte Filme waren klar, zäh und gummiähnlich.

Der in den Beispielen verwendete Maleinsäuremonomethyl- und -äthylester wurde durch Erwärmen von Maleinsäureanhydrid mit 10 % Alkoholüberschuß auf einem Dampfbad bis zur vollständigen Lösung und bis zum Einsetzen einer exothermen Reaktion hergestellt. Der Maleinsäuremonooctadecylester wurde ähnlich hergestellt, nur mit dem Unterschied, daß 5 % Alkoholüberschuß verwendet wurden. Nach Abklingen der Reaktion wurde das Erhitzen noch etwa 15 Minuten lang fortgesetzt.

Bei der Herstellung der erfindungsmäßigen Mischpolymerisate kann jeder Monoester einer Äthylen-α,ßdicarbonsäure verwendet werden. Diese Ester entsprechen der allgemeinen Formel

H-C-C-OH

R —C —C —OR'

in welcher R Wasserstoff oder ein einwertiges Kohlenwasserstoffradikal mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen, wie eine Alkyl-, Aryl-, Cycloalkyl- oder Aralkylgruppe bedeutet, z. B. Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Octyl-, Decyl-, Phenyl-, Tolyl-, Xylyl-, Benzyl-, Cyclohexyl-, Methylcyclohexylgruppen u. dgl. und R' ein einwertiges Kohlenwasserstoffradikal mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, z. B. Methyl, Äthyl, Propyl, Octyl, Dodecyl, Octadecyl, Eicosyl, Benzyl, Menthyl, Cyclohexyl u. dgl. ist.

Wegen ihrer leichten Zugänglichkeit und einfachen Herstellung bevorzugt man die Monoester der Malein- und Fumarsäure und unter diesen wiederum aus praktischen Gründen die Malein- und Fumarsäuremonoalkylester, wie Methyl-, Äthyl-, Amyl-, Octyl-, Dodecyl- und Octadecylmonoester von Malein- und Fumarsäure.

Die neuen Mischpolymerisate können in Abwesenheit eines Lösungs- oder Verdünnungsmittels hergestellt werden, jedoch empfiehlt es sich, ein Lösungs- oder Verdünnungsmittel anzuwenden, da man dabei die Reaktion besser regeln kann. Die bestgeeigneten Lösungsmittel sind diejenigen, die als Kettenlängenregler wirken können. Solche bevorzugten Lösungsmittel sind die Alkohole. Beispiele von vorteilhaften Alkoholen sind Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl- und Amylalkohole, Dodecanol, Octadecanol, Cyclohexanol, Benzylalkohol und ähnliche. Alkohole mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen, besonders Isopropylalkohol, stellen bevorzugte Reaktionsmedien dar, und zwar wegen ihrer Wirksamkeit als Kettenlängenregler.

Zur Herstellung der Produkte kann als Katalysator jede Verbindung, die unter den Reaktionsbedingungen instabile freie Radikale bildet, verwendet werden. Beispiele solcher Verbindungen sind Azoverbindungen der in der USA.-Patentschrift 2 471 959 beschriebenen Art, wie z. B. a, a'-Azobis-(a, γ '-dimethyl valeronitril), α, α'-Azodiisobuttersäuredimethyl- und -diäthylester, i, i'-Azodicyclohexancarbonsäurenitril usw., Azine, go Oxime, Aminoxyde, Peroxyverbindungen, wie organische Peroxyde, Peroxysalze, Hydroperoxyde, Percarboxylate usw. Beispiele solcher Verbindungen sind Benzoylperoxyd, Diäthylperoxyd, tert.-Butyl-pentamethylpropylperoxyd, Di-(tert.-butyl)-peroxyd, Natrium, Kalium- und Ammoniumpersulfat, tert.-Butylhydroperoxyd, Äthyl-hydroperoxyd, Benzalazin, Diphenyl-ketazin, Hydrazin-Hydrochlorid, Azetoxim, Camphoroxim, Trimethylaminoxyd usw. Kombinationen von zwei oder mehreren dieser Katalysatoren können ebenso verwendet werden wie Kombinationen der Perverbindungen mit einem reduzierenden Mittel.

Die Konzentration des Katalysators kann in einem weiten Bereich variiert werden, z. B. von 0,1 bis 15 Gewichtsprozent des Äthylen-α, /?-dicarbonsäuremonoesters. In der Regel werden Mengen von etwa ι bis 6 Gewichtsprozent des Äthylen-α, /3-dicarbonsäuremonoesters verwendet, da man dabei in guter Ausbeute und bei günstigen Reaktionsgeschwindigkeiten Produkte des gewünschten Molekulargewichtsbereichs erhält.

Zur Herstellung der Mischpolymerisate können Drücke von etwas oberhalb Atmosphärendruck bis zu 3000 at und höher angewendet werden. In der Regel wendet man indessen Drücke zwischen 600 und 1500 at an, da man mit diesen ein günstiges Verhältnis von apparativem Aufwand und guter Reaktionsgeschwindigkeit erzielt.

Die Polymerisation des Äthylens mit dem Äthylen- iao α, /5-dicarbonsäuremonoester kann bei Temperaturen zwischen 0 und 250⁰ durchgeführt werden. Da man zwischen 80 und 150⁰ günstige Reaktionsgeschwindigkeiten und gute Ausbeuten an dem gewünschten Endprodukt erzielt, wird dieser Temperaturbereich bevorzugt.

Die polymeren Polysäuren der Erfindung enthalten 7 bis 40 Mol Äthylen pro Mol Äthylen-α, /?-dicarbonsäuremonoester. Unter diesen Produkten sind diejenigen mit wahren Viscositäten zwischen etwa 0,05 und 0,35 die besten.

Die Produkte gemäß der Erfindung können für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, z. B. als Gleitmittel für Filme aus regenerierter Cellulose, als Mittel gegen Abrieb in photographischen Emulsionen, als unlöslichmachende Zusätze in Farbstoffen, als Puffer für die Sulfochlorierung, als wasserabstoßende, glättende Mittel und Oberflächenlacke für Leder, für Kohlepapier, als Haarkräuselmittel, als Bindemittel für keramische Glasuren, als Reinigungsmittel für nichtwäßrige Systeme, als wasserabstoßende Mittel für mit Polyaminen vorbehandelte Gewebe usw. Sie sind besonders als Bestandteile von Wachsdispersionen geeignet. Diese Verwendung wird nachstehend näher erläutert.

Eine 20°/_Oige Dispersion wurde durch Zusammenschmelzen von 7,5 g der polymeren Polysäure von Beispiel VI, 2,5 g microkristallinem Paraffinwachs, Schmelzpunkt 91 bis 93° C, Zugabe von 2,3 g Morpholin und langsame Zugabe von Wasser unter Rühren hergestellt. Aus dieser Dispersion auf Glasplatten gegossene Filme waren klar und glänzend. Obwohl in dem obigen Beispiel Morpholin verwendet wurde, kann natürlich auch jedes andere basische Amin, wie z. B. Ammoniak, Pyridin, Chinolin, Propylamin, Di-n-butylamin, Di-2-methyl-hexylamin, Alkanolamine, wie z. B. Mono-, Di- und Triäthanolamin, Dimethylaminoäthanol, Aminoäthyläthanolamin, Triisopropanolamin usw., verwendet werden. Die polymeren Polysäuren sind besonders als Bestandteile von Glanz- und Putzwachsen vom Emulsionstyp geeignet, deren Abnutzungsbeständigkeit, Glanz und Beständigkeit gegen Fleckenbildung durch Wasser sie verbessern, wenn aus diesen Emulsionen dünne Filme erzeugt werden. Diese Eigenschaften können noch weiter verbessert werden, wenn man die polymere Polysäure, bevor man sie der Wachsemulsion einverleibt, teilweise hydrolysiert.

Die günstigen Eigenschaften solcher Wachsemulsionen können noch dadurch verbessert werden, daß man der Zusammensetzung noch einen wasserlöslichen Alkohol, wie z. B. insbesondere Äthyl-, Isopropyl-, Isohutyl- oder tert.-Butylalkohol zugibt.

Die Erfindung kann weitgehende Abänderungen erfahren, ohne daß dadurch ihr Rahmen verlassen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Mischpolymerisaten, dadurch gekennzeichnet, daß Äthylen mit einem Monoester einer Äthylen-α, /?-dicarbonsäure in Gegenwart eines Katalysators polymerisiert und gegebenenfalls das Mischpolymerisat durch Zugabe einer alkalischen Verbindung, z. B. eines Amins, in ein Salz übergeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator eine unter den Reaktionsbedingungen freie Radikale bildende Verbindung verwendet wird. -

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mol verhältnis von Äthylen zu dem Äthylen-α, /3-dicarbonsäuremonoester 7 bis 40 : ι beträgt.

Angezogene Druckschriften: Beilstein's Handbuch der organischen Chemie, 4. Aufl., 2. Ergänzungswerk (1942), S. 655 ff.

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