EP1204648A1 - N-oxyl radicals - Google Patents

N-oxyl radicals

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Publication number
EP1204648A1
EP1204648A1 EP00960475A EP00960475A EP1204648A1 EP 1204648 A1 EP1204648 A1 EP 1204648A1 EP 00960475 A EP00960475 A EP 00960475A EP 00960475 A EP00960475 A EP 00960475A EP 1204648 A1 EP1204648 A1 EP 1204648A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oxyl
radical
radicals
polymerization
atoms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00960475A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Susanne Brinkmann-Rengel
Sylke Haremza
Heinz Friedrich Sutoris
David Christie
Roman Benedikt Raether
Jizhuang Cao
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1204648A1 publication Critical patent/EP1204648A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08K5/46Heterocyclic compounds having sulfur in the ring with oxygen or nitrogen in the ring
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    • C09K15/30Anti-oxidant compositions; Compositions inhibiting chemical change containing organic compounds containing heterocyclic ring with at least one nitrogen atom as ring member

Definitions

  • the present invention relates to N-oxyl radicals, N-oxyl radical formers and their use in the radical polymerization of ethylenically unsaturated monomers.
  • N-oxyl radicals and N-oxyl radical formers which are derived from a secondary A in which does not have any hydrogen atoms on the ⁇ -C atoms are known. They are or form extremely stable radicals and can usually be represented as pure substances.
  • Such stable N-oxyl radicals are used, inter alia, as inhibitors of undesired radical polymerizations (cf., for example, US Pat. No. 5,322,960).
  • Another application of such stable N-oxyl radicals is that their presence enables a certain control of radical-initiated polymerizations of compounds (monomers) having at least one ethylenically unsaturated group (cf. e.g. EP-A 135280, US-A 5,412,047 and US-A 5,322,912).
  • Radically initiated polymerizations of monomers usually have the disadvantage that the molecular weight of the polymer chains does not increase linearly with the polymerization conversion and that the polymer chains of the resulting polymer generally do not have a uniform molecular weight.
  • EP-A-0 869 137 discloses a polymerization process for the preparation of (meth) acrylates-containing homo- or block copolymers in the presence of certain nitroxyls of the piperazinone or morpholone structure type.
  • DE-A-2 351 865 discloses, among other things, the compound 2,2,6,6-tetramethyl-l-aza-4-thiacyclohexane-1,4,4-trioxide. The use of this compound to control radical polymerizations is neither taught nor suggested.
  • the object of the present invention was therefore to provide new N-oxyl radicals or formers of new N-oxyl radicals, in the presence of which the controlled radical polymerization leads to higher conversions in a shorter time. They should also be suitable for carrying out controlled free-radical polymerizations of non-styrenic monomers, in particular of esters of acrylic and / or methacrylic acid.
  • X is S, NR 5 , O or SO and
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 independently of one another represent organic radicals or
  • R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the carbon atom bearing them represent a ring consisting of at least 3 atoms.
  • the object is also achieved by a process of free-radically initiated polymerization of ethylenically unsaturated monomers, which is characterized in that the polymerization is carried out in the presence of N-oxyl radicals of the formula I, where X can additionally stand for SO 2 .
  • the N-oxyl radicals of the general formula I are formed by a spiro ring system, formed from R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the carbon atom carrying them, particularly preferably from R 1 and R 2 together with the C atom carrying them.
  • a spiro ring system formed from R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the carbon atom carrying them, particularly preferably from R 1 and R 2 together with the C atom carrying them.
  • two non-adjacent ring atoms can be bridged by a divalent organic radical and / or the ring can be fused to another ring.
  • the ring formed from R 1 and R 2 or R 3 and R 4 together with the C atom carrying them consists of 3 to 10, preferably three, five, six or seven atoms, the free valences of the ring forming atoms with hydrogen and / or organic radicals, preferably C 1 -C 2 alkyl groups, preferably C 1 -C 4 alkyl groups (e.g. the methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n- Butyl, iso-butyl and tert-butyl group) are saturated.
  • Aryl groups can also be considered as such saturating residues. Among them, the phenyl and naphthyl groups are preferred.
  • the ring is a saturated ring and usually the ring-forming atoms are carbon atoms, but the ring-forming atoms can also be e.g. B. include one or two heteroatoms, such heteroatoms being primarily N, O and / or S.
  • the invention relates in particular to N-oxyl radicals of the general formula I, in which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are, independently of one another, C 1 -C 2 -alkyl, C 5 -C 8 cycloalkyl, C 7 -C 2 o-aralkyl, optionally substituted C 6 -C ⁇ o-aryl, heteroaryl,
  • R 6 for optionally branched -C 20 alkylene
  • R 7 each independently for H, -CC 20 alkyl, optionally interrupted by oxygen atoms C 3 -C 20 cycloalkyl or aryl
  • R 8 each independently for C 1 -C 0 -alkyl or aryl
  • R 9 for a chemical bond or optionally branched -C-C 0 alkylene
  • R 10 is H, C 1 -C 20 alkyl, aryl or an alkali metal
  • k for 0 or 1
  • n represents an integer from 1 to 100
  • R 3 and R 4 together for an oxygen atom and / or R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the C atom carrying them form a carbocyclic ring consisting of 3 to 10 atoms, in which 1 or 2 C atoms can be replaced by 0, S or N and / or in which two non-adjacent atoms can be bridged via a divalent organic radical, preferably C ⁇ -C 3 alkylene, and / or that with another, preferably 5- or 6-membered ring can be fused.
  • a divalent organic radical preferably C ⁇ -C 3 alkylene
  • the substituents include C x - to C 6 -alkyl, Cx to C 6 -alkoxy, -S0 3 H, S0 3 M (where M is an alkali metal, e.g. Na or K) ) or N0 2 in consideration.
  • Heteroaryl preferably stands for heteroaromatic five-membered rings with 1, 2, 3 or 4 heteroatoms selected from O, S or N.
  • N-oxyl radicals have the general formula II:
  • R 3 and R 4 independently of one another are C 1 -C 4 -alkyl, phenyl, naphthyl or an aromatic five-membered ring or R 3 and R 4 together stand for - (CH 2 ) 0 - and p and o independently of one another others represent an integer from 2 to 8, preferably 4 to 6.
  • Peroxides such as H 2 O, t-butylhydroxyperoxide, cumene hydroperoxide, peracids such as metachloroperbenzoic acid, ⁇ -chloroperbenzoic acid, peracetic acid, p-nitrobenzoic acid, perbenzoic acid or magnesium monoperoxyphthalate are suitable as oxidizing agents.
  • the oxidation can be carried out in an inert solvent such as CH 2 C1 2 , petroleum ether, toluene, xylene or benzene.
  • M alkali metal, e.g. B. Na or K
  • a mono- or disubstituted 2-aminoethanol is used here with a cyclic ketone and a haloform, e.g. B. chloroform or bromoform, in the presence of an alkali metal hydroxide, optionally under phase transfer conditions, converted to a substituted alkali metal hydroxyethylaminoacetate.
  • a cyclic ketone and a haloform e.g. B. chloroform or bromoform
  • the resulting amine can e.g. B. reduced with lithium aluminum hydride and converted into a diol.
  • N-oxyl radical instead of converting the amine directly into an N-oxyl radical according to the invention, it can also be subjected to a wide variety of modifications in a manner known per se in order to subsequently obtain N-oxyl radicals modified in a correspondingly oxidative manner (but of course it can the N-oxyl radical can also be modified as such).
  • the invention also relates to N-oxyl radical formers, which are characterized in that by ho olytic cleavage, for. B. by thermolysis, a chemical bond as a fragment of an N-oxyl radical according to the invention. They have the general formula III
  • T stands for an organic radical with a molecular weight of 15 or more, preferably from 29 to 500,000. T stands for. B. for
  • R 11 , R 12 and R 13 are independently hydrogen, C ! -C -alkyl, phenyl, a cyano or ester group, or a polymer chain of units of ethylenically unsaturated monomers.
  • N-oxyl radical formers III can be obtained by reacting N-oxyl radicals of the formula I with a radical initiator, optionally in the presence of ethylenically unsaturated monomers.
  • N-oxyl radical formers III, in which T stands for a polymer chain are in a simple manner, for. B. obtainable by radically polymerizing a small amount of monomers using a radical polymerization initiator (e.g. peroxide, hydroperoxide and / or azo compound) in the presence of an N-oxyl radical I and then cleaning the polymerization product by falling over (cf. e.g. DE-A 19735225).
  • T can e.g. B. 1 to 100,000, preferably 3 to 50,000, comprise monomer units.
  • those disclosed in US Pat. No. 5,021,481 can be used analogously.
  • the invention also relates to a process for the radical-initiated polymerization of ethylenically unsaturated monomers, which is characterized in that the polymerization takes place in the presence of N-oxyl radicals of the formula I. After he- Processes according to the invention can polymerize pure monomers or monomer mixtures.
  • the method according to the invention is usually carried out at elevated temperature, for. B. 50 to 200 ° C, preferably 60 to 180 ° C.
  • elevated temperature for. B. 50 to 200 ° C, preferably 60 to 180 ° C.
  • the reaction times are generally 30 minutes to 6 days, in particular 1 hour to 60 hours.
  • cooling e.g. B. to room temperature, the reaction can be stopped or frozen.
  • the polymer can then be isolated and optionally washed and dried.
  • Thermal initiation of the polymerization without the addition of a radical initiator is particularly suitable for the polymerization of styrene or styrene-containing monomer mixtures.
  • the process according to the invention is particularly suitable for the production of block copolymers. These are obtained by successively polymerizing different monomers or monomer mixtures of different compositions.
  • the procedure is preferably such that at least one first monomer is polymerized in the presence of the N-oxyl radicals to obtain an intermediate polymer, the intermediate polymer is optionally isolated and at least one second monomer is polymerized in the presence of the intermediate polymer.
  • step d) the block copolymer is isolated and, if appropriate, washed and dried.
  • step c) can be repeated one or more times, a third or further monomer being used instead of the second ethylenically unsaturated monomer.
  • Monomer mixtures can also be used instead of pure monomers. “Different monomers” are also understood to mean monomer mixtures of different compositions.
  • the blocks of a block copolymer obtained according to the invention can accordingly represent homo- or copolymer blocks.
  • the isolation of the intermediate polymer is recommended when the highest possible purity, sharp block boundaries or high homogeneity within the blocks are desired.
  • the isolation of the intermediate polymer prevents unreacted first monomer from being incorporated into the block of the second monomer that forms. Isolation of the intermediate polymer or the block copolymer can, for. B. done by failures.
  • the monomers polymerizable according to the invention include olefins, such as, for. B. ethylene, vinyl aromatic monomers such as styrene, ⁇ -methylstyrene, o-chlorostyrene or vinyltoluenes, 1,1- and 1,2-diphenylethylene, vinyl and vinylidene halides such as vinyl and vinylidene chloride, esters of vinyl alcohol and 1 to 12 C.
  • olefins such as, for. B. ethylene
  • vinyl aromatic monomers such as styrene, ⁇ -methylstyrene, o-chlorostyrene or vinyltoluenes
  • 1,1- and 1,2-diphenylethylene vinyl and vinylidene halides
  • vinyl and vinylidene chloride esters of vinyl alcohol and 1 to 12 C.
  • VEOVA X is a trade name of Shell and stands for vinyl esters of carboxylic acids, which are also known as Versatic X acids are), esters of allyl alcohol and monocarboxylic acids having 1 to 12 carbon atoms such as allyl acetate, allyl propionate, allyl n-butyrate and allyl laurate, esters of ⁇ , ⁇ -monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids preferably having 3 to 6 carbon atoms such as, in particular, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, with alkanols which generally have 1 to 12, preferably 1 to 8 and in particular 1 to 4, carbon atoms, such as particularly Acrylic acid and methacrylic acid methyl, e
  • Dimethylacrylamide also vinylsulfonic acid and its water-soluble salts and N-vinylpyrrolidone are suitable. This also applies for those monomers which usually increase the internal strength of the resulting polymers and which normally have an epoxy, hydroxyl or N-methylol group.
  • examples of these are N-alkylolamides of ⁇ , ⁇ -monoethylenically unsaturated carboxylic acids having 3 to 10 C atoms and their ethers with alkanols having 1 to 4 C atoms, among which the N-methylolacrylamide and the N-methylolmethacrylamide are very particularly preferred are.
  • vinylaromatic monomers, dienes or (meth) acrylic acid esters or mixtures thereof are used as monomers.
  • the monomers used are selected from styrene, ⁇ -methylstyrene, vinyltoluene, diphenylethylene, acrylonitrile, butadiene, isoprene, n-butyl acrylate, methyl methacrylate or mixtures thereof.
  • At least one vinylaromatic monomer if appropriate in a mixture with other monomers, is polymerized.
  • At least one diene is polymerized.
  • At least one (meth) acrylic acid ester is polymerized.
  • the process according to the invention can be carried out as solution, substance, precipitation, suspension, emulsion, mini-emulsion and microemulsion polymerization or inverse radical emulsion polymerization.
  • the polymerization can be carried out batchwise, semi-continuously or continuously.
  • radical polymerization initiators can be peroxides, hydroperoxides, peresters, percarbonates, persulfates, azo compounds or compounds with an unstable carbon-carbon bond. They can be both oil-soluble and water-soluble and are adapted to the chosen polymerization medium and the chosen polymerization temperature in a manner known per se. Redox initiator systems are also suitable.
  • Suitable initiators are hydrogen peroxide, tert-butyl hydroperoxide, di-tert-butyl peroxide, tert-amylhydroperoxide, dibenzoyl peroxide, potassium or sodium, ammonium peroxodisulfate, methyl ethyl ketone peroxide, dilauryl peroxide, cumyl hydroperoxide, dicumyl peroxide and azonitrile peroxide.
  • Redox initiator systems include e.g. As sodium disulfite, sodium sulfite, ascorbic acid, iso-ascorbic acid, sodium formaldehyde sulfoxylate and the like in conjunction with suitable oxidizing agents, such as the initiators mentioned above.
  • the amount of radical initiator is preferably 10 -6 to 33 mol%, in particular 10 -4 to 10 mol%, based on the monomers.
  • the kalen for a controlled radical polymerization to be used amount of the inventive N-oxyl radicalized or N-oxyl radical formers generally 10 ⁇ 4 to 33 mol .-%, usually 0.005 up to 20 mol%.
  • the molar ratio between N-oxyl radicals and radical centers which arise when the polymerization initiator disintegrates is generally chosen to be 0.25 to 5, frequently 0.4 to 4, for a controlled radical-initiated polymerization.
  • the polymers prepared by the process according to the invention preferably have a molecular weight in the range from about 500 to about 500,000.
  • the conversion of monomer to polymer can be up to 99% by weight.
  • the monomers are emulsified in water, for which emulsifiers are used.
  • Suitable anionic, cationic and neutral (non-ionic) emulsifiers known to the person skilled in the art are suitable as emulsifiers.
  • Anionic emulsifiers are e.g. B. alkali metal salts of higher fatty acids with 10 to 30 carbon atoms such as palmitic, stearic and oleic acid, alkali metal salts of sulfonic acids with z. B. 10 to 16 carbon atoms, especially sodium salts of alkyl or alkylarylsulfonic acids, alkali metal salts of half esters of phthalic acid, and alkali metal salts of resin acids such as abietic acid.
  • Cationic emulsifiers are e.g. B.
  • Neutral emulsifiers are e.g. B. ethoxylated fatty alcohols, ethoxylated fatty acids or ethoxylated phenols and fatty acid esters of polyhydric alcohols such as Pentaerythritol or sorbitol. Initiators which are poorly soluble in the monomer but readily soluble in water are preferably used for the emulsion polymerization. Peroxosulfates such as potassium, sodium or ammonium peroxodisulfate are therefore preferably used, or redox systems.
  • Buffer substances such as Na 2 HP0 4 / NaH 2 P0 4 or Na citrate / citric acid can be used as further additives in the polymerization in order to set an essentially constant pH.
  • Molecular weight regulators for example mercaptans such as t-dodecyl mercaptan, or ethylhexyl thioglycolate can also be used.
  • mercaptans such as t-dodecyl mercaptan, or ethylhexyl thioglycolate can also be used.
  • These further additives can be added continuously or discontinuously at the beginning and / or during the preparation of the emulsion and / or during the polymerization.
  • an emulsion is prepared from the monomers, water and emulsifiers by allowing high shear forces to act.
  • Homogenizers known to those skilled in the art are used for this, such as pressure homogenizers, devices with a rotor-stator system or colloid mills or ultrasound devices.
  • protective colloids are cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose and hydroxymethyl cellulose, poly-N-vinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol and polyethylene oxide, anionic polymers such as polyacrylic acid and their copolymers and cationic polymers such as poly-N-vinylimidazole. The amount of this
  • Protective colloids are preferably 0.1 to 5% by weight, based on the total mass of the emulsion. Suitable protective colloids are described, for example, in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 16, (1989) p. 448, published by J. Wiley.
  • the monomers used are soluble in the continuous phase (eg solvent or solvent mixture), but the resulting polymers are insoluble or only soluble to a limited extent and therefore precipitate out during the polymerization. Bulk polymerizations in which the resulting polymer is insoluble in the monomer and therefore precipitate out are also possible.
  • the monomers are polymerized without the addition of a reaction medium using the monomer-soluble initiators mentioned, ie the monomers are the reaction medium. It can also be initiated thermally.
  • an organic solvent such as toluene, cyclohexane, ethylbenzene or dimethyl sulfoxide is used or is also used to dilute the monomers.
  • the process according to the invention can also be carried out as a combined process in which at least two of the polymerization processes described above are combined with one another.
  • Mass / solution, solution / precipitation, mass / suspension and mass / emulsion should be mentioned in particular, starting with the former and ending with the latter.
  • the N-oxyl radical depending on its solubility behavior, either as such or dissolved in organic solvents such as alcohols, e.g. As methanol and / or ethanol, ethyl acetate, dimethylformamide, toluene, ethylbenzene, cyclohexane or benzene or mixtures thereof can be used. Also preferred is the addition of the N-oxyl radical in the form of a solution in a monomer or monomer mixture to be polymerized.
  • organic solvents such as alcohols, e.g. As methanol and / or ethanol, ethyl acetate, dimethylformamide, toluene, ethylbenzene, cyclohexane or benzene or mixtures thereof.
  • organic solvents such as alcohols, e.g. As methanol and / or ethanol, ethyl acetate, dimethylformamide, toluene, ethylbenzene
  • inorganic or organic acids such as 3-indole butyric acid, indolylacetic acid, or organic sulfonic acids, such as camphorsulfonic acid or p-toluenesulfonic acid (cf.
  • the process according to the invention is usually carried out at an absolute pressure in the range from normal pressure to 60 bar, preferably up to 45 bar.
  • the polymers obtainable by the process according to the invention can be used as such or blended with other polymers and / or additives.
  • Such other polymers are in particular thermoplastic polymers.
  • Such polymers include polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonates, polyamides, polyoxymethylene, polystyrene, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyvinyl chloride and styrene copolymers such as polystyrene acrylonitrile.
  • additives come usual additives, such as. B. lubricants or mold release agents, pigments, dyes, flame retardants, antioxidants, light stabilizers, fibrous and powdery fillers or reinforcing agents or antistatic agents, as well as other additives, or mixtures thereof.
  • Suitable lubricants and mold release agents are e.g. B. fatty acids such as stearic acids, stearyl alcohol, fatty acid esters with 6 to 20 carbon atoms such. B. stearic acid esters, metal salts of fatty acids such as. B. Ca, Al, Zn stearate, fatty acid amides such as stearic acid amides, and silicone oils, montan waxes and those based on polyethylene and polypropylene, further hydrocarbon oils, paraffins and carboxylic acid esters from long-chain carboxylic acids and ethanol, fatty alcohols, glycerol , Ethanediol, pentaerythritol or other alcohols.
  • B. fatty acids such as stearic acids, stearyl alcohol, fatty acid esters with 6 to 20 carbon atoms such.
  • B. stearic acid esters metal salts of fatty acids such as. B. Ca, Al, Zn stearate,
  • Pigments are, for example, titanium dioxide, phthalocyanines, ultramarine blue, iron oxides or carbon black, and the class of organic pigments.
  • Dyes are to be understood as all dyes which can be used for the transparent, semi-transparent or non-transparent coloring of polymers, in particular those which are suitable for coloring styrene copolymers. Dyes of this type are known to the person skilled in the art.
  • antioxidants are, for example, sterically hindered phenols, hydroquinones, various substituted representatives of this group and mixtures thereof. They are commercially available as Topanol or Irganox.
  • Suitable light stabilizers are e.g. B. various substituted resorcinols, salicylates, benzotriazoles, cinnamic acid compounds, organic phosphites and phosphonites, benzophenones, HALS (hindered amine light stabilizers), such as z. B. are commercially available as Tinuvin.
  • Esters and / or amides of ⁇ - (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionic acid and / or benzotriazoles can also be used as stabilizers.
  • Possible antioxidants are mentioned by way of example in EP-A-698,637 and EP-A-669,367.
  • 2, 6-di-tert-butyl-4-hy- can be used as phenolic antioxidants droxyphenyl propionate and N, N '-Di- (3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxy-phenyl-propionyl) hexamethylene diamine.
  • fibrous or pulverulent fillers are carbon or glass fibers in the form of glass fabrics, glass mats or glass silk rovings, cut glass, glass balls and tungstenonite, particularly preferably glass fibers. If glass fibers are used, they can be equipped with a size and an adhesion promoter for better compatibility with the blend components. Glass fibers can be incorporated both in the form of short glass fibers and in the form of continuous fibers (rovings).
  • Suitable particulate fillers are carbon black, amorphous silica, magnesium carbonate (chalk), powdered quartz, mica, bentonite, talc, feldspar or in particular calcium silicates such as wollastonite and kaolin.
  • Suitable antistatic agents are, for example, amine derivatives such as N, N-bis (hydroxyalkyl) alkylamines or alkylene amines, polyethylene glycol esters and glycerol mono- and distearates, and mixtures thereof.
  • the individual additives are used in the usual amounts.
  • the additives are usually used in an amount of 0 to 50% by weight, based on the total of block copolymers and additives.
  • the mixing of the polymers produced according to the invention with the other polymers and / or additives takes place continuously or discontinuously according to mixing methods known per se, for example with melting in an extruder, Banbury mixer, kneader, roller mill or calender.
  • mixing methods known per se, for example with melting in an extruder, Banbury mixer, kneader, roller mill or calender.
  • the components can also be mixed "cold” and the mixture is only melted and homogenized during processing.
  • the mixtures obtained can be pelletized or granulated, for example, or processed by generally known methods, for example by extrusion, injection molding, foaming with blowing agents, or calendering.
  • the radicals and radical formers according to the invention are also suitable as inhibitors for preventing an undesired radical-initiated polymerization of monomers, ie for stabilizing monomers (as stabilizers).
  • the invention therefore also relates to the use of the N-oxyl radicals according to the invention for stabilizing ethylenically unsaturated monomers against undesired radical-initiated polymerization.
  • the Use concentrations for this are generally 0.001 to 0.1 mol%, based on the monomers.
  • the radicals and radical formers according to the invention are also suitable for stabilizing inanimate organic material against light and heat.
  • Organic materials include z. B. cosmetic preparations such as ointments and lotions, pharmaceutical formulations, photographic recording materials, in particular photographic emulsions, intermediates for plastics and lacquers, but in particular plastics and lacquers themselves.
  • the radicals or radical formers according to the invention can be used above all to stabilize plastics when they are processed or used. You will the plastics z. B. added during or before processing.
  • the tests were carried out in bulk in melted glass tubes. The total mass of each sample was 70 g. Each sample was degassed by bubbling with nitrogen before melting. The melted sample tubes were immersed in aluminum safety containers in a thermostatted oil bath at the desired temperature. The experiments were carried out using styrene as a monomer, benzoyl peroxide as an initiator and in each case an N-oxyl radical. TEMPO (1) and the N-oxyl radical (2) were included for comparison. The following table shows the amounts used, the polymerization time, the conversion achieved, the number average molecular weight ( ⁇ Mn>) and the polydispersity of the polymer.

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Abstract

The invention relates to N-oxyl radicals of formula (I) wherein X represents S, NR<5>, O, SO or SO2, and; R<1>, R<2>, R<3>, R<4>, and R<5>, independent of one another, represent organic groups or; R<1> and R<2> and/or R<3> and R<4>, together with the carbon atom that carries them, represent a ring comprised of at least 3 atoms. The N-oxyl radicals are suited for controlling radical polymerizations and for stabilizing ethylenically unsaturated monomers against unwanted polymerization.

Description

N-Oxyl-RadikaleN-oxyl radicals
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft N-Oxyl-Radikale, N-Oxyl-Radikalbildner und ihre Verwendung bei der radikalischen Polymerisation ethylenisch ungesättigter Monomeren.The present invention relates to N-oxyl radicals, N-oxyl radical formers and their use in the radical polymerization of ethylenically unsaturated monomers.
N-Oxyl-Radikale und N-Oxyl-Radikalbildner, die sich von einem sekundären A in ableiten, welches keine Wasserstoffatome an den α-C-Atomen trägt, sind bekannt. Sie sind bzw. bilden äußerst stabile Radikale und sind in der Regel als Reinsubstanz darstellbar.N-oxyl radicals and N-oxyl radical formers which are derived from a secondary A in which does not have any hydrogen atoms on the α-C atoms are known. They are or form extremely stable radicals and can usually be represented as pure substances.
Unter anderem finden solche stabilen N-Oxyl-Radikale als Inhibitoren unerwünschter radikalischer Polymerisationen Verwendung (vgl. z. B. US-A 5,322,960). Eine weitere Anwendung solcher stabiler N-Oxyl-Radikale besteht darin, dass ihr Beisein eine gewisse Kontrolle von radikalisch initiierten Polymerisationen von wenigstens eine ethylenisch ungesättigte Gruppe aufweisenden Verbindungen (Monomeren) ermöglicht (vgl. z. B. EP-A 135280, US-A 5,412,047 und US-A 5,322,912).Such stable N-oxyl radicals are used, inter alia, as inhibitors of undesired radical polymerizations (cf., for example, US Pat. No. 5,322,960). Another application of such stable N-oxyl radicals is that their presence enables a certain control of radical-initiated polymerizations of compounds (monomers) having at least one ethylenically unsaturated group (cf. e.g. EP-A 135280, US-A 5,412,047 and US-A 5,322,912).
Üblicherweise weisen radikalisch initiierte Polymerisationen von Monomeren nämlich den Nachteil auf, dass das Molekulargewicht der Polymerketten nicht linear mit dem Polymerisationsumsatz zunimmt und dass die Polymerketten des resultierenden Polymerisats in der Regel kein einheitliches Molekulargewicht aufweisen. Das heißt, das durch radikalisch initiierte Polymerisation erhältliche Poly- merisat ist bezüglich der Eigenschaft "Molekulargewicht" in der Regel nicht monodispers, sondern weist normalerweise einen diesbezüglichen Polydispersitätsindex PDI von > 2 auf (PDI = Mw/Mn, mit Mw = gewichtsmittleres Molekulargewicht des Polymerisats und Mn = zahlenmittleres Molekulargewicht des Polymerisats). Beide vorgenannten Erscheinungsbilder werden auf Abbruchreaktionen infolge irreversibler Kombination wachsender freier radikalischer Polymerisatkettenenden zurückgeführt .Radically initiated polymerizations of monomers usually have the disadvantage that the molecular weight of the polymer chains does not increase linearly with the polymerization conversion and that the polymer chains of the resulting polymer generally do not have a uniform molecular weight. This means that the polymer obtainable by free-radically initiated polymerization is generally not monodisperse with regard to the "molecular weight" property, but normally has a related polydispersity index PDI of> 2 (PDI = M w / M n , with M w = weight-average Molecular weight of the polymer and M n = number average molecular weight of the polymer). Both of the aforementioned appearances are attributed to termination reactions as a result of an irreversible combination of growing free radical polymer chain ends.
Der kontrollierende Einfluss von stabilen N-Oxyl-Radikalen (die normalerweise nicht in der Lage sind, eine radikalische Polymerisation von Monomeren auszulösen) liegt vermutlich darin begründet, dass die stabilen N-Oxyl-Radikale reaktive radikalische Enden einer wachsenden Polymerisatkette nicht irreversibel termi- The controlling influence of stable N-oxyl radicals (which are normally not able to initiate radical polymerisation of monomers) is probably due to the fact that the stable N-oxyl radicals do not have reactive radical ends of a growing polymer chain that are irreversibly termi-
Die US 4,528,370 betrifft polysubstituierte 2-Morpholone. Soweit in dieser Druckschrift Nitroxyl-Verbindungen angesprochen sind, ist nur die Herstellung der Nitroxyle von Vorläuferverbindungen in Form von substituierten Hydroxyethylaminoacetaten erwähnt.US 4,528,370 relates to polysubstituted 2-morpholones. As far as nitroxyl compounds are addressed in this publication, only the preparation of the nitroxyls of precursor compounds in the form of substituted hydroxyethylaminoacetates is mentioned.
Die EP-A-0 869 137 offenbart ein Polymerisationsverfahren zur Herstellung (Meth)acrylate enthaltender Homo- oder Blockcopoly- mere in Gegenwart bestimmter Nitroxyle des Piperazinon- oder Mor- pholon-Strukturtyps .EP-A-0 869 137 discloses a polymerization process for the preparation of (meth) acrylates-containing homo- or block copolymers in the presence of certain nitroxyls of the piperazinone or morpholone structure type.
Die bekannten radikalisch initiierten Polymerisationsverfahren in Gegenwart von Nitroxylradikalen zeigen allerdings den Nacheil, dass zur Erreichung praktikabler Umsätze lange Reaktionszeiten erforderlich sind.However, the known radical-initiated polymerization processes in the presence of nitroxyl radicals have the disadvantage that long reaction times are required to achieve practicable conversions.
Die DE-A-2 351 865 offenbart unter anderem die Verbindung 2,2,6, 6-Tetramethyl-l-aza-4-thiacyclohexan-l , 4 , 4-trioxid. Die Verwendung dieser Verbindung zur Kontrolle radikalischer Polymerisationen ist weder gelehrt noch nahegelegt.DE-A-2 351 865 discloses, among other things, the compound 2,2,6,6-tetramethyl-l-aza-4-thiacyclohexane-1,4,4-trioxide. The use of this compound to control radical polymerizations is neither taught nor suggested.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, neue N-Oxyl-Radikale bzw. Bildner neuer N-Oxyl-Radikale zur Verfügung zu stellen, in deren Gegenwart die kontrollierte radikalische Polymerisation in kürzerer Zeit zu höheren Umsätzen führt. Sie sol- len sich außerdem zur Durchführung kontrollierter radikalischer Polymerisationen nicht-styrolischer Monomere, insbesondere von Estern der Acryl- und/oder Methacrylsäure, eignen.The object of the present invention was therefore to provide new N-oxyl radicals or formers of new N-oxyl radicals, in the presence of which the controlled radical polymerization leads to higher conversions in a shorter time. They should also be suitable for carrying out controlled free-radical polymerizations of non-styrenic monomers, in particular of esters of acrylic and / or methacrylic acid.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch N-Oxyl-Radikale der allgemeinen Formel I gelöst,According to the invention, this object is achieved by N-oxyl radicals of the general formula I
worin X für S, NR5, O oder SO steht undwherein X is S, NR 5 , O or SO and
R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander für organische Reste stehen oderR 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 independently of one another represent organic radicals or
R1 und R2 und/oder R3 und R4 gemeinsam mit dem sie tragenden Kohlenstoffato für einen aus wenigstens 3 Atomen bestehenden Ring stehen. Die Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren der radikalisch initiierten Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Polymerisation in Gegenwart von N-Oxyl-Radikalen der Formel I erfolgt, wo- bei X zusätzlich für S02 stehen kann.R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the carbon atom bearing them represent a ring consisting of at least 3 atoms. The object is also achieved by a process of free-radically initiated polymerization of ethylenically unsaturated monomers, which is characterized in that the polymerization is carried out in the presence of N-oxyl radicals of the formula I, where X can additionally stand for SO 2 .
Die N-Oxyl-Radikale der allgemeinen Formel I sind in einer bevorzugten Ausführungsform durch ein spiro-Ringsystem, gebildet aus R1 und R2 und/oder R3 und R4 gemeinsam mit dem sie tragenden C-Atom, besonders bevorzugt aus R1 und R2 gemeinsam mit dem sie tragenden C-Atom, gekennzeichnet. In dem Ring können zwei nicht benachbarte Ringatome über einen zweiwertigen organischen Rest verbrückt sein und/oder der Ring kann mit einem weiteren Ring anelliert sein. Zweckmäßigerweise besteht der aus R1 und R2 oder R3 und R4 gemein- sam mit dem sie tragenden C-Atom gebildete Ring aus 3 bis 10, vorzugsweise aus drei, fünf, sechs oder sieben Atomen, wobei die freien Valenzen der den Ring bildenden Atome mit Wasserstoff und/ oder organischen Resten, vorzugsweise Cι-C-Alkylgruppen, vorzugsweise Cι-C -Alkylgruppen (z. B. die Methyl-, Ethyl-, n-Pro- pyl-, iso-Propyl-, n-Butyl-, iso-Butyl- und tert . -Butylgruppe ) , abgesättigt sind. Es kommen als solche absättigenden Reste aber auch Arylgruppen in Betracht. Unter diesen sind die Phenyl- und die Naphthylgruppe bevorzugt. Im Normalfall ist der Ring ein gesättigter Ring und in der Regel handelt es sich bei den ringbil- denden Atomen um Kohlenstoffatome, doch können die ringbildenden Atome auch z. B. ein oder zwei Heteroatome umfassen, wobei als solche Heteroatome vor allem N, O und/oder S in Betracht kommen.In a preferred embodiment, the N-oxyl radicals of the general formula I are formed by a spiro ring system, formed from R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the carbon atom carrying them, particularly preferably from R 1 and R 2 together with the C atom carrying them. In the ring, two non-adjacent ring atoms can be bridged by a divalent organic radical and / or the ring can be fused to another ring. Advantageously, the ring formed from R 1 and R 2 or R 3 and R 4 together with the C atom carrying them consists of 3 to 10, preferably three, five, six or seven atoms, the free valences of the ring forming atoms with hydrogen and / or organic radicals, preferably C 1 -C 2 alkyl groups, preferably C 1 -C 4 alkyl groups (e.g. the methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n- Butyl, iso-butyl and tert-butyl group) are saturated. Aryl groups can also be considered as such saturating residues. Among them, the phenyl and naphthyl groups are preferred. Normally the ring is a saturated ring and usually the ring-forming atoms are carbon atoms, but the ring-forming atoms can also be e.g. B. include one or two heteroatoms, such heteroatoms being primarily N, O and / or S.
Die Erfindung betrifft insbesondere N-Oxyl-Radikale der allgemei- nen Formel I, worin R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander für Cι-C2rj-Alkyl, C5-C8-Cycloalkyl, C7-C2o-Aralkyl, gegebenenfalls substituierte C6-Cιo-Aryl, Heteroaryl,The invention relates in particular to N-oxyl radicals of the general formula I, in which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are, independently of one another, C 1 -C 2 -alkyl, C 5 -C 8 cycloalkyl, C 7 -C 2 o-aralkyl, optionally substituted C 6 -Cιo-aryl, heteroaryl,
- R6 - OR7 -R6— 0 CH2-CH-θ4-R7 R6 — 0 - C — R8 n- R6 - OR 7 -R 6 - 0 CH 2 -CH-θ4-R 7 R 6 - 0 - C - R 8 n
(CH2)k (CH 2 ) k
I HI H
O O - R6 - OSiR8 3 , - R9 - C - OR10, - R9 - C -NR7 2 oder - R9 - CNOO - R 6 - OSiR 8 3 , - R 9 - C - OR 10 , - R 9 - C -NR 7 2 or - R 9 - CN
stehen, worinstand in what
R6 für gegebenenfalls verzweigtes Cι-C20-Alkylen; R7 jeweils unabhängig für H, Cι-C20-Alkyl, gegebenenfalls durch Sauerstoffatome unterbrochenes C3-C20-Cycloalkyl oder Aryl; R8 jeweils unabhängig für Cι-C 0-Alkyl oder Aryl; R9 für eine chemische Bindung oder gegebenenfalls verzweigtes Cι-C 0-Alkylen; und R10 für H, C1-C20-Alkyl, Aryl oder ein Alkalimetall; k für 0 oder 1; und n für eine ganze Zahl von 1 bis 100 steht,R 6 for optionally branched -C 20 alkylene; R 7 each independently for H, -CC 20 alkyl, optionally interrupted by oxygen atoms C 3 -C 20 cycloalkyl or aryl; R 8 each independently for C 1 -C 0 -alkyl or aryl; R 9 for a chemical bond or optionally branched -C-C 0 alkylene; and R 10 is H, C 1 -C 20 alkyl, aryl or an alkali metal; k for 0 or 1; and n represents an integer from 1 to 100,
oder R3 und R4 gemeinsam für ein Sauerstoffatom und/oder R1 und R2 und/oder R3 und R4 gemeinsam mit dem sie tragenden C-Atom einen aus 3 bis 10 Atomen bestehenden carbocyclischen Ring bilden, in dem 1 oder 2 C-Atome durch 0, S oder N ersetzt und/oder in dem zwei nicht benachbarte Atome über einen zweiwertigen organischen Rest, vorzugsweise Cχ-C3-Alkylen, verbrückt sein können und/oder der mit einem weiteren, vor- zugsweise 5- oder 6-gliedrigen Ring anelliert sein kann.or R 3 and R 4 together for an oxygen atom and / or R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the C atom carrying them form a carbocyclic ring consisting of 3 to 10 atoms, in which 1 or 2 C atoms can be replaced by 0, S or N and / or in which two non-adjacent atoms can be bridged via a divalent organic radical, preferably Cχ-C 3 alkylene, and / or that with another, preferably 5- or 6-membered ring can be fused.
Soweit Arylreste substituiert sind, kommen als Substituenten unter anderem Cx- bis C6-Alkyl, Cx- bis C6-Alkoxy, -S03H, S03M (wobei M für ein Alkalimetall, z. B. Na oder K steht) oder N02 in Be- tracht.If aryl radicals are substituted, the substituents include C x - to C 6 -alkyl, Cx to C 6 -alkoxy, -S0 3 H, S0 3 M (where M is an alkali metal, e.g. Na or K) ) or N0 2 in consideration.
"Heteroaryl" steht vorzugsweise für heteroaromatische Fünfringe mit 1, 2, 3 oder 4 unter O, S oder N ausgewählten Heteroatomen."Heteroaryl" preferably stands for heteroaromatic five-membered rings with 1, 2, 3 or 4 heteroatoms selected from O, S or N.
R1 und R2 und/oder R3 und R4 können gemeinsam mit dem sie tragenden C-Atom z. B. folgende Ringsysteme ausbilden:R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the C atom z. B. form the following ring systems:
Besonders bevorzugte N-Oxyl-Radikale weisen die allgemeine Formel II auf:Particularly preferred N-oxyl radicals have the general formula II:
worin X die bereits angegebene Bedeutung hat,where X has the meaning already given,
R3 und R4 unabhängig voneinander für Cι-C4-Alkyl, Phenyl, Naphthyl oder einen aromatischen Fünfring stehen oder R3 und R4 zusammen für -(CH2)0- stehen und p und o unabhängig vonein- ander für eine ganze Zahl von 2 bis 8, vorzugsweise 4 bis 6, stehen.R 3 and R 4 independently of one another are C 1 -C 4 -alkyl, phenyl, naphthyl or an aromatic five-membered ring or R 3 and R 4 together stand for - (CH 2 ) 0 - and p and o independently of one another others represent an integer from 2 to 8, preferably 4 to 6.
Die Herstellung von Verbindungen I ist über verschiedene an sich bekannte Syntheseschritte möglich. In der Regel erfolgt sie über ein sekundäres Amin, dessenThe preparation of compounds I is possible via various synthesis steps known per se. As a rule, it takes place via a secondary amine, the
N- H Gruppe oxidativ in die entsprechende N-Oxyl GruppeN- H group oxidatively into the corresponding N-oxyl group
N- O" überführt wird.N- O "is transferred.
Als Oxidationsmittel kommen Peroxide, wie H20 , t-Butylhydroxyper- oxid, Cumolhydroperoxid, Persäuren, wie Metachlorperbenzoesäure, α-Chlorperbenzoesäure, Peressigsäure, p-Nitrobenzoesäure, Perben- zoesäure oder Magnesiummonoperoxyphthalat in Betracht. Die Oxida- tion kann in einem inerten Lösungsmittel wie CH2C12 , Petrolether, Toluol, Xylol oder Benzol erfolgen.Peroxides such as H 2 O, t-butylhydroxyperoxide, cumene hydroperoxide, peracids such as metachloroperbenzoic acid, α-chloroperbenzoic acid, peracetic acid, p-nitrobenzoic acid, perbenzoic acid or magnesium monoperoxyphthalate are suitable as oxidizing agents. The oxidation can be carried out in an inert solvent such as CH 2 C1 2 , petroleum ether, toluene, xylene or benzene.
Die Ausgangsamine der Formel IVThe starting amine of Formula IV
worin R1, R2, R3, R4 und R5 die bereits angegebene Bedeutung haben, können z. B. wie folgt erhalten werden (mit X = O) :where R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 have the meaning already given, z. B. can be obtained as follows (with X = O):
Rl R l
R3 C=0 + CHC13 R3 R1 R 3 C = 0 + CHC1 3 R 3 R 1
R I IR I I
H0-CH2-C-NH2 HO-CH2-C-NH-C-COOM I MOH I ι R4 R4 R2 H0-CH 2 -C-NH 2 HO-CH 2 -C-NH-C-COOM I MOH I ι R 4 R 4 R 2
M = Alkalimetall, z. B. Na oder KM = alkali metal, e.g. B. Na or K
Ein mono- oder disubstituiertes 2-Aminoethanol wird hierbei mit einem cyclischen Keton und einem Haloform, z. B. Chloroform oder Bromoform, in Gegenwart eines Alkalimetallhydroxids , gegebenenfalls unter Phasentransferbedingungen, zu einem substituierten Alkalimetallhydroxyethylaminoacetat umgesetzt. Dieses kann unter Säurekatalyse cyclisiert werden. Hinsichtlich der Reaktionsbedin- gungen wird auf die US-A-4 , 528,370 verwiesen. A mono- or disubstituted 2-aminoethanol is used here with a cyclic ketone and a haloform, e.g. B. chloroform or bromoform, in the presence of an alkali metal hydroxide, optionally under phase transfer conditions, converted to a substituted alkali metal hydroxyethylaminoacetate. This can be cyclized under acid catalysis. With regard to the reaction conditions, reference is made to US Pat. No. 4,528,370.
Das entstandene Amin kann z. B. mit Lithium-Aluminiumhydrid reduziert und in ein Diol überführt werden.The resulting amine can e.g. B. reduced with lithium aluminum hydride and converted into a diol.
Anschließend erfolgt die Cyclisierung unter Säurekatalyse z. B, mit Methansulfonsäure.Then the cyclization takes place under acid catalysis z. B, with methanesulfonic acid.
(IV)(IV)
Hinsichtlich der Reaktionsbedingungen sei auf J. T. Lai, Synthe- sis 2 (1984) S. 122-124 verwiesen. A ine der Formel IV, in denen X für S, NR5, SO oder S02 steht, können auf analoge Weise aus entsprechenden Ausgangsmaterialien hergestellt werden.With regard to the reaction conditions, reference is made to JT Lai, Synthesis 2 (1984) pp. 122-124. A ine of the formula IV, in which X is S, NR 5 , SO or S0 2 , can be prepared in an analogous manner from corresponding starting materials.
Anstatt das Amin unmittelbar in ein erfindungsgemäßes N-Oxyl-Radikal zu überführen, kann es auch auf an sich bekannte Weise verschiedensten Modifikationen unterworfen werden, um danach oxida- tiv in entsprechender Weise modifizierte N-Oxyl-Radikale zu er- halten (selbstverständlich kann aber auch das N-Oxyl-Radikal als solches modifiziert werden) .Instead of converting the amine directly into an N-oxyl radical according to the invention, it can also be subjected to a wide variety of modifications in a manner known per se in order to subsequently obtain N-oxyl radicals modified in a correspondingly oxidative manner (but of course it can the N-oxyl radical can also be modified as such).
Die Erfindung betrifft außerdem N-Oxyl-Radikalbildner, die dadurch gekennzeichnet sind, dass durch ho olytische Spaltung, z. B. durch Thermolyse, einer chemischen Bindung als ein Fragment ein erfindungsgemäßes N-Oxyl-Radikal entsteht. Sie weisen die allgemeine Formel III auf The invention also relates to N-oxyl radical formers, which are characterized in that by ho olytic cleavage, for. B. by thermolysis, a chemical bond as a fragment of an N-oxyl radical according to the invention. They have the general formula III
worin die Symbole X, R1, R2, R3 und R4 die bereits angegebene Be- deutung haben und T für einen organischen Rest mit einem Molekulargewicht von 15 oder mehr, vorzugsweise von 29 bis 500.000, steht. T steht z. B. fürwherein the symbols X, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 have the meaning already indicated and T stands for an organic radical with a molecular weight of 15 or more, preferably from 29 to 500,000. T stands for. B. for
RllRll
— C — Rl - C - R l
Rl3 R l3
worin R11, R12 und R13 unabhängig voneinander für Wasserstoff, C!-C -Alkyl, Phenyl, eine Cyano- oder Estergruppe stehen, oder eine polymere Kette aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Mono- mere. Der Rest CfR11) (R12) (R13) steht z. B. für Methyl, Ethyl, t- Butyl, Cyclohexyl, Octyl, Phenyl, C(CN)(CH3)2, CHPhCH3 oder CH(CH3)COOR, (R = z. B. Cχ-C4-Alkyl ) .wherein R 11 , R 12 and R 13 are independently hydrogen, C ! -C -alkyl, phenyl, a cyano or ester group, or a polymer chain of units of ethylenically unsaturated monomers. The rest of CfR 11 ) (R 12 ) (R 13 ) is e.g. B. for methyl, ethyl, t-butyl, cyclohexyl, octyl, phenyl, C (CN) (CH 3 ) 2 , CHPhCH 3 or CH (CH 3 ) COOR, (R = z. B. Cχ-C 4 alkyl ).
Die N-Oxylradikalbildner III sind durch Umsetzung von N-Oxyl-Ra- dikalen der Formel I mit einem radikalischen Initiator, gegebenenfalls in Gegenwart von ethylenisch ungesättigten Monomeren, erhältlich. N-Oxylradikalbildner III, in denen T für eine polymere Kette steht, sind in einfacher Weise z. B. dadurch erhältlich, dass man eine geringe Menge an Monomeren mittels eines radikalischen Polymerisationsinitiators (z. B. Peroxid, Hydroperoxid und/oder Azoverbindung) im Beisein eines N-Oxyl-Radikals I radikalisch polymerisiert und anschließend das Polymerisationsprodukt durch Umfallen reinigt (vgl. z. B. DE-A 19735225). T kann z. B. 1 bis 100.000, vorzugsweise 3 bis 50.000, Monomereinheiten umfassen. Als weitere Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen N-Oxyl-Radikalbildnern können diejenigen, die in der US-A 5,021,481 offenbart werden, analog angewendet werden.The N-oxyl radical formers III can be obtained by reacting N-oxyl radicals of the formula I with a radical initiator, optionally in the presence of ethylenically unsaturated monomers. N-oxyl radical formers III, in which T stands for a polymer chain, are in a simple manner, for. B. obtainable by radically polymerizing a small amount of monomers using a radical polymerization initiator (e.g. peroxide, hydroperoxide and / or azo compound) in the presence of an N-oxyl radical I and then cleaning the polymerization product by falling over (cf. e.g. DE-A 19735225). T can e.g. B. 1 to 100,000, preferably 3 to 50,000, comprise monomer units. As further processes for the preparation of N-oxyl radical formers according to the invention, those disclosed in US Pat. No. 5,021,481 can be used analogously.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren der radikalisch initiierten Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die Polymerisation in Ge- genwart von N-Oxyl-Radikalen der Formel I erfolgt. Nach dem er- findungsgemäßen Verfahren können reine Monomere oder Monomergemi- sche polymerisiert werden.The invention also relates to a process for the radical-initiated polymerization of ethylenically unsaturated monomers, which is characterized in that the polymerization takes place in the presence of N-oxyl radicals of the formula I. After he- Processes according to the invention can polymerize pure monomers or monomer mixtures.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt in der Regel bei erhöhter Temperatur, z. B. 50 bis 200 °C, vorzugsweise 60 bis 180 °C. Zur Durchführung des Verfahrens kann z. B. ein Gemisch von (1) entweder (i) Nitroxylradikal und gegebenenfalls radikalischem Initiator oder (ii) Nitroxylradikalbildner ; und (2) wenigstens einem ethylenisch ungesättigten Monomer erwärmt werden. Die Reaktions- Zeiten betragen im Allgemeinen 30 min bis 6 Tage, insbesondere 1 Stunde bis 60 Stunden. Durch Abkühlen, z. B. auf Raumtemperatur, kann die Umsetzung beendet oder eingefroren werden. Anschließend kann das Polymerisat isoliert und gegebenenfalls gewaschen und getrocknet werden.The method according to the invention is usually carried out at elevated temperature, for. B. 50 to 200 ° C, preferably 60 to 180 ° C. To carry out the method, for. B. a mixture of (1) either (i) nitroxyl radical and optionally radical initiator or (ii) nitroxyl radical generator; and (2) heating at least one ethylenically unsaturated monomer. The reaction times are generally 30 minutes to 6 days, in particular 1 hour to 60 hours. By cooling, e.g. B. to room temperature, the reaction can be stopped or frozen. The polymer can then be isolated and optionally washed and dried.
Eine thermische Initiierung der Polymerisation unter Verzicht auf den Zusatz eines radikalischen Initiators kommt vor allem bei der Polymerisation von Styrol oder Styrol enthaltenden Monomergemi- schen in Betracht.Thermal initiation of the polymerization without the addition of a radical initiator is particularly suitable for the polymerization of styrene or styrene-containing monomer mixtures.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Blockcopolymeren. Diese werden erhalten, indem sukzessive unterschiedliche Monomere oder Monomerengemische unterschiedlicher Zusammensetzung polymerisiert werden. Hierzu geht man vorzugsweise so vor, dass wenigstens ein erstes Monomer in Gegenwart der N-Oxyl-Radikale unter Erhalt eines Intermediärpolymerisats polymerisiert wird, das Intermediärpolymerisat gegebenenfalls isoliert wird und wenigstens ein zweites Monomer in Gegenwart des Intermediärpolymerisats polymerisiert wird.The process according to the invention is particularly suitable for the production of block copolymers. These are obtained by successively polymerizing different monomers or monomer mixtures of different compositions. For this purpose, the procedure is preferably such that at least one first monomer is polymerized in the presence of the N-oxyl radicals to obtain an intermediate polymer, the intermediate polymer is optionally isolated and at least one second monomer is polymerized in the presence of the intermediate polymer.
Im Einzelnen ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem manIn particular, a method is preferred in which one
a) ein Gemisch von (1) entweder (i) radikalischem Initiator und Nitroxylradikal oder (ii) Nitroxylradikalbildner; und (2) we- nigstens einem ersten ethylenisch ungesättigtem Monomer unter Erhalt eines Intermediärpolymerisats erwärmt,a) a mixture of (1) either (i) radical initiator and nitroxyl radical or (ii) nitroxyl radical generator; and (2) heated at least one first ethylenically unsaturated monomer to obtain an intermediate polymer,
b) das Intermediärpolymerisat gegebenenfalls isoliert,b) optionally isolating the intermediate polymer,
c) zu dem Intermediärpolymerisat wenigstens ein von dem erstenc) to the intermediate polymer at least one of the first
Monomer verschiedenes zweites ethylenisch ungesättigtes Monomer gibt und das Gemisch unter Erhalt eines Blockcopolymerisats erwärmt, undMonomer different second ethylenically unsaturated monomer and heated the mixture to obtain a block copolymer, and
d) das Blockcopolymerisat isoliert und gegebenenfalls wäscht und trocknet. Um höhere Blockcopolymerisate zu erhalten, kann der Schritt c) einfach oder mehrfach wiederholt werden, wobei anstelle des zweiten ethylenisch ungesättigten Monomers ein drittes oder weiteres Monomer verwendet wird. Es können anstelle reiner Monomere auch Monomerengemische verwendet werden. Unter "verschiedene Monomeren" werden auch Monomerengemische unterschiedlicher Zusammensetzung verstanden. Die Blöcke eines erfindungsgemäß erhaltenen Blockcopolymers können demzufolge Homo- oder Copolymerblöcke darstellen.d) the block copolymer is isolated and, if appropriate, washed and dried. In order to obtain higher block copolymers, step c) can be repeated one or more times, a third or further monomer being used instead of the second ethylenically unsaturated monomer. Monomer mixtures can also be used instead of pure monomers. “Different monomers” are also understood to mean monomer mixtures of different compositions. The blocks of a block copolymer obtained according to the invention can accordingly represent homo- or copolymer blocks.
Die Isolierung des Intermediärpolymerisats wird dann empfohlen, wenn eine möglichst hohe Reinheit, scharfe Blockgrenzen oder eine hohe Homogenität innerhalb der Blöcke angestrebt sind. Durch die Isolierung des Intermediärpolymerisats wird verhindert, dass un- umgesetztes erstes Monomer in den sich bildenden Block des zweiten Monomers eingebaut wird. Eine Isolierung des Intermediärpolymerisats oder des Blockcopolymerisats kann z. B. durch Ausfällen erfolgen.The isolation of the intermediate polymer is recommended when the highest possible purity, sharp block boundaries or high homogeneity within the blocks are desired. The isolation of the intermediate polymer prevents unreacted first monomer from being incorporated into the block of the second monomer that forms. Isolation of the intermediate polymer or the block copolymer can, for. B. done by failures.
Zu den erfindungsgemäß polymerisierbaren Monomeren zählen Ole- fine, wie z. B. Ethylen, vinylaromatische Monomere wie Styrol, α-Methylstyrol, o-Chlorstyrol oder Vinyltoluole, 1,1- und 1,2-Di- phenylethylen, Vinyl- und Vinylidenhalogenide wie Vinyl- und Vinylidenchlorid, Ester aus Vinylalkohol und 1 bis 12 C-Atome aufweisenden Monocarbonsauren wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyl-n-butyrat, Vinyllaurat sowie im Handel erhältliche Monomere VEOVA® 9 - 11 (VEOVA X ist ein Handelsname der Firma Shell und steht für Vinylester von Carbonsäuren, die auch als Versatic X- Säuren bezeichnet werden) , Ester aus Allylalkohol und 1 bis 12 C- Atome aufweisenden Monocarbonsauren wie Allylacetat, Allylpropio- nat, Allyl-n-butyrat und Allyllaurat, Ester aus vorzugsweise 3 bis 6 C-Atome aufweisenden α,ß-monoethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren, wie insbesondere Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure, mit im allgemeinen 1 bis 12, vorzugsweise 1 bis 8 und insbesondere 1 bis 4 C-Atome aufweisenden Alkanolen, wie besonders Acrylsäure- und Methacrylsäure- methyl-, -ethyl-, -n-butyl-, -iso-butyl, -tert.-butyl- und -2-ethylhexylester, Maleinsäuredimethylester oder Maleinsäure-n- butylester, Nitrile α,ß-monoethylenisch ungesättigter Carbon- säuren, wie Acrylnitril, sowie C _8-konjugierte Diene wie 1,3- Butadien und Isopren. Aber auch 3 bis 6 C-Atome aufweisende α,ß-monoethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren und deren Aluide wie z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Acrylamid und Methacrylamid, N-Methyla- crylamid, N-Ethylacrylamid, N-Isopropylacrylamid und N,N'-The monomers polymerizable according to the invention include olefins, such as, for. B. ethylene, vinyl aromatic monomers such as styrene, α-methylstyrene, o-chlorostyrene or vinyltoluenes, 1,1- and 1,2-diphenylethylene, vinyl and vinylidene halides such as vinyl and vinylidene chloride, esters of vinyl alcohol and 1 to 12 C. -Atomic monocarboxylic acids such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl n-butyrate, vinyl laurate and commercially available monomers VEOVA ® 9 - 11 (VEOVA X is a trade name of Shell and stands for vinyl esters of carboxylic acids, which are also known as Versatic X acids are), esters of allyl alcohol and monocarboxylic acids having 1 to 12 carbon atoms such as allyl acetate, allyl propionate, allyl n-butyrate and allyl laurate, esters of α, β-monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids preferably having 3 to 6 carbon atoms such as, in particular, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, with alkanols which generally have 1 to 12, preferably 1 to 8 and in particular 1 to 4, carbon atoms, such as particularly Acrylic acid and methacrylic acid methyl, ethyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl and -2-ethylhexyl ester, dimethyl maleate or n-butyl maleate, nitriles α, β-monoethylenically unsaturated Carbon acids, such as acrylonitrile, and C _ 8 -conjugated dienes, such as 1,3-butadiene and isoprene. But also 3 to 6 carbon atoms α, ß-monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids and their aluides such as. B. acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylamide and methacrylamide, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N-isopropylacrylamide and N, N'-
Dimethylacrylamid, ferner Vinylsulfonsäure und deren wasserlösliche Salze sowie N-Vinylpyrrolidon sind geeignet. Dies gilt ebenso für solche Monomere, die üblicherweise die innere Festigkeit der resultierenden Polymerisate erhöhen und die normalerweise eine Epoxy-, Hydroxy- oder N-Methylolgruppe aufweisen. Beispiele hierfür sind N-Alkylolamide von 3 bis 10 C-Atome aufweisenden α,ß-monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren sowie deren Ether mit 1 bis 4 C-Atome aufweisenden Alkanolen, unter denen das N-Me- thylolacrylamid und das N-Methylolmethacrylamid ganz besonders bevorzugt sind.Dimethylacrylamide, also vinylsulfonic acid and its water-soluble salts and N-vinylpyrrolidone are suitable. This also applies for those monomers which usually increase the internal strength of the resulting polymers and which normally have an epoxy, hydroxyl or N-methylol group. Examples of these are N-alkylolamides of α, β-monoethylenically unsaturated carboxylic acids having 3 to 10 C atoms and their ethers with alkanols having 1 to 4 C atoms, among which the N-methylolacrylamide and the N-methylolmethacrylamide are very particularly preferred are.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vinylaromatische Monomere, Diene oder (Meth)acryl- säureester oder Gemische davon als Monomere eingesetzt. Insbesondere sind die eingesetzten Monomere unter Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluol, Diphenylethylen, Acrylnitril, Butadien, Isopren, n-Butylacrylat, Methylmethacrylat oder Gemischen davon ausgewählt .In a preferred embodiment of the process according to the invention, vinylaromatic monomers, dienes or (meth) acrylic acid esters or mixtures thereof are used as monomers. In particular, the monomers used are selected from styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, diphenylethylene, acrylonitrile, butadiene, isoprene, n-butyl acrylate, methyl methacrylate or mixtures thereof.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein vinylaromatisches Monomer, ge- gebenenfalls im Gemisch mit weiteren Monomeren, polymerisiert.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, at least one vinylaromatic monomer, if appropriate in a mixture with other monomers, is polymerized.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein Dien, gegebenenfalls im Gemisch mit weiteren Monomeren, polymerisiert.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, at least one diene, optionally in a mixture with other monomers, is polymerized.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein (Meth)acrylsäureester, gegebenenfalls im Gemisch mit weiteren Monomeren, polymerisiert.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, at least one (meth) acrylic acid ester, optionally in a mixture with other monomers, is polymerized.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Lösungs-, Substanz-, Fäl- lungs-, Suspensions-, Emulsions-, Miniemulsions- und Mikroemul- sionspolymerisation oder inverse radikalische Emulsionspolymerisation durchgeführt werden. Die Polymerisation kann absatzweise, semikontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden.The process according to the invention can be carried out as solution, substance, precipitation, suspension, emulsion, mini-emulsion and microemulsion polymerization or inverse radical emulsion polymerization. The polymerization can be carried out batchwise, semi-continuously or continuously.
Als radikalische Polymerisationsinitiatoren kommen prinzipiell alle diejenigen in Betracht, die in der Lage sind, eine radikalische Polymerisation auszulösen. Es kann sich dabei sowohl um Peroxide, Hydroperoxide, Perester, Percarbonate, Persulfate, Azoverbindungen oder Verbindungen mit einer labilen Kohlenstoff- Kohlenstoff-Bindung handeln. Sie können sowohl öllöslich als auch wasserlöslich sein und werden dem gewählten Polymerisationsmedium und der gewählten Polymerisationstemperatur in an sich bekannter Weise angepaßt. Es eignen sich auch Redoxinitatorsysteme. Spezielle Beispiele geeigneter Initiatoren sind Wasserstoffperoxid, tert-Butylhydroperoxid, di-tert-Butylperoxid, tert-Amylhy- droperoxid, Dibenzoylperoxid, Kalium- oder Natrium-, Amonium- peroxodisulfat, Methylethylketonperoxid, Dilaurylperoxid, Cumyl- hydroperoxid, Dicumylperoxid und Azodiisobutyronitril. Redoxini- tiatorsysteme umfassen z. B. Natriumdisulfit, Natriumsulfit, Ascorbinsäure, Iso-ascorbinsäure, Natriumformaldehyd-sulfoxylat und dergleichen in Verbindung mit geeigneten Oxidationsmitteln, wie den vorstehend genannten Initiatoren.In principle, all those which are capable of initiating a radical polymerization are suitable as radical polymerization initiators. It can be peroxides, hydroperoxides, peresters, percarbonates, persulfates, azo compounds or compounds with an unstable carbon-carbon bond. They can be both oil-soluble and water-soluble and are adapted to the chosen polymerization medium and the chosen polymerization temperature in a manner known per se. Redox initiator systems are also suitable. Specific examples of suitable initiators are hydrogen peroxide, tert-butyl hydroperoxide, di-tert-butyl peroxide, tert-amylhydroperoxide, dibenzoyl peroxide, potassium or sodium, ammonium peroxodisulfate, methyl ethyl ketone peroxide, dilauryl peroxide, cumyl hydroperoxide, dicumyl peroxide and azonitrile peroxide. Redox initiator systems include e.g. As sodium disulfite, sodium sulfite, ascorbic acid, iso-ascorbic acid, sodium formaldehyde sulfoxylate and the like in conjunction with suitable oxidizing agents, such as the initiators mentioned above.
Die Menge an radikalischem Initiator beträgt bevorzugt 10-6 bis 33 Mol.-%, insbesondere 10-4 bis 10 Mol.-%, bezogen auf die Monomeren.The amount of radical initiator is preferably 10 -6 to 33 mol%, in particular 10 -4 to 10 mol%, based on the monomers.
Bezogen auf die molare Menge an radikalisch zu polymerisierenden Monomeren beträgt die für eine kontrollierte radikalische Polymerisation zu verwendende Menge an erfindungsgemäßen N-Oxyl-Radi- kalen oder N-Oxyl-Radikalbildnern in der Regel 10~4 bis 33 Mol.-%, meist 0,005 bis 20 Mol.-%. Das molare Verhältnis zwischen N-Oxyl- Radikalen und Radikalzentren, die beim Zerfall des Polymerisationsinitiators entstehen, wird in der Regel für eine kontrollierte radikalisch initiierte Polymerisation zu 0,25 bis 5, häufig zu 0,4 bis 4 gewählt.Based on the molar amount of free radicals is monomers to be polymerized the kalen for a controlled radical polymerization to be used amount of the inventive N-oxyl radicalized or N-oxyl radical formers generally 10 ~ 4 to 33 mol .-%, usually 0.005 up to 20 mol%. The molar ratio between N-oxyl radicals and radical centers which arise when the polymerization initiator disintegrates is generally chosen to be 0.25 to 5, frequently 0.4 to 4, for a controlled radical-initiated polymerization.
Vorzugsweise weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymerisate ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 500 bis etwa 500.000 auf. Der Umsatz von Monomer zu Polymer kann bis zu 99 Gew.-% betragen.The polymers prepared by the process according to the invention preferably have a molecular weight in the range from about 500 to about 500,000. The conversion of monomer to polymer can be up to 99% by weight.
Bei der Emulsionspolymerisation und ihren Varianten (Mikroemul- sion, Miniemulsion) werden die Monomeren in Wasser emulgiert, wozu Emulgatoren mitverwendet werden.In emulsion polymerization and its variants (microemulsion, miniemulsion), the monomers are emulsified in water, for which emulsifiers are used.
Als Emulgatoren eignen sich die dem Fachmann bekannten anioni- sehen, kationischen und neutralen (nicht-ionogenen) Emulgatoren. Anionische Emulgatoren sind z. B. Alkalimetallsalze von höheren Fettsäuren mit 10 bis 30 C-Atomen wie Palmitin-, Stearin- und Öl- säure, Alkalimetallsalze von Sulfonsäuren mit z. B. 10 bis 16 C- Atomen, insbesondere Natriumsalze von Alkyl- oder Alkylarylsul- fonsäuren, Alkalimetallsalze von Halbestern der Phthalsäure, und Alkalimetallsalze von Harzsäuren wie Abietinsäure. Kationische Emulgatoren sind z. B. Salze langkettiger, insbesondere ungesättigter Amine mit 12 bis 18 C-Atomen, oder quaternäre Ammoniumverbindungen mit längerkettigen Olefin- oder Paraffinresten (also Salze quaternisierter Fettamine). Neutrale Emulgatoren sind z. B. ethoxylierte Fettalkohole, ethoxylierte Fettsäuren oder ethoxy- lierte Phenole und Fettsäureester von mehrwertigen Alkoholen wie Pentaerythrit oder Sorbit. Für die Emulsionspolymerisation werden bevorzugt Initiatoren verwendet, die in dem Monomeren schlecht löslich, in Wasser dagegen gut löslich sind. Es werden daher bevorzugt Peroxosulfate wie Kalium-, Natrium- oder Ammoniumperoxo- disulfat verwendet, oder auch Redox-Systeme .Suitable anionic, cationic and neutral (non-ionic) emulsifiers known to the person skilled in the art are suitable as emulsifiers. Anionic emulsifiers are e.g. B. alkali metal salts of higher fatty acids with 10 to 30 carbon atoms such as palmitic, stearic and oleic acid, alkali metal salts of sulfonic acids with z. B. 10 to 16 carbon atoms, especially sodium salts of alkyl or alkylarylsulfonic acids, alkali metal salts of half esters of phthalic acid, and alkali metal salts of resin acids such as abietic acid. Cationic emulsifiers are e.g. B. salts of long-chain, in particular unsaturated amines with 12 to 18 carbon atoms, or quaternary ammonium compounds with longer-chain olefin or paraffin residues (ie salts of quaternized fatty amines). Neutral emulsifiers are e.g. B. ethoxylated fatty alcohols, ethoxylated fatty acids or ethoxylated phenols and fatty acid esters of polyhydric alcohols such as Pentaerythritol or sorbitol. Initiators which are poorly soluble in the monomer but readily soluble in water are preferably used for the emulsion polymerization. Peroxosulfates such as potassium, sodium or ammonium peroxodisulfate are therefore preferably used, or redox systems.
Als weitere Zusatzstoffe können bei der Polymerisation Puffersubstanzen wie Na2HP04 / NaH2P04 oder Na-citrat/Citronensäure verwendet werden, um einen im Wesentlichen konstant bleibenden pH-Wert einzustellen. Weiterhin können Molekulargewichtsregler, etwa Mer- captane wie t-Dodecylmercaptan, oder Ethylhexylthioglycolat mitverwendet werden. Diese weiteren Zusatzstoffe können kontinuierlich oder diskontinuierlich am Anfang und/oder während der Herstellung der Emulsion und/oder während der Polymerisation, zuge- fügt werden.Buffer substances such as Na 2 HP0 4 / NaH 2 P0 4 or Na citrate / citric acid can be used as further additives in the polymerization in order to set an essentially constant pH. Molecular weight regulators, for example mercaptans such as t-dodecyl mercaptan, or ethylhexyl thioglycolate can also be used. These further additives can be added continuously or discontinuously at the beginning and / or during the preparation of the emulsion and / or during the polymerization.
Bei der Miniemulsionspolymerisation wird aus den Monomeren, Wasser und den Emulgatoren eine Emulsion bereitet, indem man hohe Scherkräfte einwirken läßt. Dazu verwendet man Homogenisatoren, die dem Fachmann bekannt sind, wie Druckhomogenisatoren, Geräte mit Rotor-Stator-System bzw. Kolloidmühlen oder Ultraschallvorrichtungen.In mini-emulsion polymerization, an emulsion is prepared from the monomers, water and emulsifiers by allowing high shear forces to act. Homogenizers known to those skilled in the art are used for this, such as pressure homogenizers, devices with a rotor-stator system or colloid mills or ultrasound devices.
Bei der Suspensionspolymerisation und ihren Varianten (Mikrosus- pension) werden die Monomeren in Wasser dispergiert, wozu Schutzkolloide mitverwendet werden. Als Schutzkolloide eignen sich Cel- lulosederivate wie Carboxymethylcellulose und Hydroxymethylcellu- lose, Poly-N-vinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol und Polyethylen- oxid, anionische Polymere wie Polyacrylsäure und deren Copolymere und kationische wie Poly-N-vinylimidazol. Die Menge dieserIn suspension polymerization and its variants (microsuspension), the monomers are dispersed in water, for which protective colloids are also used. Suitable protective colloids are cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose and hydroxymethyl cellulose, poly-N-vinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol and polyethylene oxide, anionic polymers such as polyacrylic acid and their copolymers and cationic polymers such as poly-N-vinylimidazole. The amount of this
Schutzkolloide beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Emulsion. Geeignete Schutzkolloide sind beispielsweise in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 16, (1989) S. 448, Verlag J. Wiley, beschrieben.Protective colloids are preferably 0.1 to 5% by weight, based on the total mass of the emulsion. Suitable protective colloids are described, for example, in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 16, (1989) p. 448, published by J. Wiley.
Bei der Fällungspolymerisation sind die eingesetzten Monomere in der kontinuierlichen Phase (z. B. Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch) löslich, die entstehenden Polymere sind jedoch nicht oder nur begrenzt löslich und fallen daher während der Polymeri- sation aus. Auch Substanzpolymerisationen, bei denen das entstehende Polymer im Monomer unlöslich ist und daher ausfällt, sind möglich.In the case of precipitation polymerization, the monomers used are soluble in the continuous phase (eg solvent or solvent mixture), but the resulting polymers are insoluble or only soluble to a limited extent and therefore precipitate out during the polymerization. Bulk polymerizations in which the resulting polymer is insoluble in the monomer and therefore precipitate out are also possible.
Bei der Substanz- bzw. Massepolymerisation werden die Monomeren ohne Zugabe eines Reaktionsmediums unter Verwendung der genannten monomerlösliehen Initiatoren polymerisiert, d.h. die Monomeren sind das Reaktionsmedium. Es kann auch thermisch initiiert werden.In bulk or bulk polymerization, the monomers are polymerized without the addition of a reaction medium using the monomer-soluble initiators mentioned, ie the monomers are the reaction medium. It can also be initiated thermally.
Bei der Lösungspolymerisation wird ein organisches Lösungsmittel wie Toluol, Cyclohexan, Ethylbenzol oder Dimethylsulfoxid verwendet oder zur Verdünnung der Monomeren mitverwendet.In solution polymerization, an organic solvent such as toluene, cyclohexane, ethylbenzene or dimethyl sulfoxide is used or is also used to dilute the monomers.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch als kombiniertes Verfahren ausgeführt werden, bei dem mindestens zwei der zuvor be- schriebenen Polymerisationsverfahren miteinander kombiniert werden. Hier sind insbesondere Masse/Lösung, Lösung/Fällung, Masse/ Suspension und Masse/Emulsion zu nennen, wobei mit dem erstgenannten begonnen und mit dem letztgenannten beendet wird.The process according to the invention can also be carried out as a combined process in which at least two of the polymerization processes described above are combined with one another. Mass / solution, solution / precipitation, mass / suspension and mass / emulsion should be mentioned in particular, starting with the former and ending with the latter.
Das N-Oxyl-Radikal kann je nach seinem Löslichkeitsverhalten entweder als solches, oder gelöst in organischen Lösungsmitteln, wie Alkoholen, z. B. Methanol und/oder Ethanol, Ethylacetat, Dime- thylformamid, Toluol, Ethylbenzol, Cyclohexan oder Benzol oder Gemischen davon, verwendet werden. Bevorzugt ist auch die Zugabe des N-Oxyl-Radikals in Form einer Lösung in einem zu polymerisierenden Monomer bzw. Monomerengemisch.The N-oxyl radical, depending on its solubility behavior, either as such or dissolved in organic solvents such as alcohols, e.g. As methanol and / or ethanol, ethyl acetate, dimethylformamide, toluene, ethylbenzene, cyclohexane or benzene or mixtures thereof can be used. Also preferred is the addition of the N-oxyl radical in the form of a solution in a monomer or monomer mixture to be polymerized.
Durch Zugabe von anorganischen oder organischen Säuren, wie 3-In- dolbuttersäure, Indolylessigsäure, oder organischen Sulfonsäuren, wie Camphersulfonsäure oder p-Toluolsulfonsäure (vgl.By adding inorganic or organic acids, such as 3-indole butyric acid, indolylacetic acid, or organic sulfonic acids, such as camphorsulfonic acid or p-toluenesulfonic acid (cf.
US-A-5,322 , 912 ) oder durch Zugabe von Dimethylsulfoxid (vgl. US-A-5,412 , 047 ) oder 2-Fluor-l-methylpyridinium-p-toluolsulfonat (vgl. Macromolecules 28 (1995) 8453 ff) zum Polymerisationsgemisch kann die Polymerisationsgeschwindigkeit des erfindungsgemä- ßen Verfahrens in der Regel erhöht werden.US-A-5,322, 912) or by adding dimethyl sulfoxide (cf. US-A-5,412, 047) or 2-fluoro-l-methylpyridinium-p-toluenesulfonate (cf. Macromolecules 28 (1995) 8453 ff) to the polymerization mixture the polymerization rate of the process according to the invention is generally increased.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird üblicherweise bei einem Absolutdruck im Bereich von Normaldruck bis 60 bar, bevorzugt bis 45 bar durchgeführt.The process according to the invention is usually carried out at an absolute pressure in the range from normal pressure to 60 bar, preferably up to 45 bar.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polymere können als solche verwendet werden oder mit anderen Polymeren und/oder Zusatzstoffen abgemischt werden.The polymers obtainable by the process according to the invention can be used as such or blended with other polymers and / or additives.
Solche anderen Polymere sind insbesondere thermoplastische Polymere . Zu solchen Polymeren zählen Polyester wie Polyethylen- terephthalat und Polybutylenterephthalat, Polycarbonate, Polyamide, Polyoxymethylen, Polystyrol, Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen, Polyvinylchlorid und Styrolcopolymere wie Poly- styrolacrylnitril. Als Zusatzstoffe kommen übliche Zusatzstoffe, wie z. B. Gleitoder Entformungsmittel, Pigmente, Farbstoffe, Flammschutzmittel, Antioxidantien, Stabilisatoren gegen Lichteinwirkung, faser- und pulverförmige Füll- oder Verstärkungsmittel oder Antistatika, so- wie andere Zusatzstoffe, oder deren Mischungen, in Betracht.Such other polymers are in particular thermoplastic polymers. Such polymers include polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonates, polyamides, polyoxymethylene, polystyrene, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyvinyl chloride and styrene copolymers such as polystyrene acrylonitrile. As additives come usual additives, such as. B. lubricants or mold release agents, pigments, dyes, flame retardants, antioxidants, light stabilizers, fibrous and powdery fillers or reinforcing agents or antistatic agents, as well as other additives, or mixtures thereof.
Geeignete Gleit- und Entformungsmittel sind z. B. Fettsäuren wie etwa Stearinsäuren, Stearylalkohol, Fettsäureester mit 6 bis 20 C-Atomen wie z. B. Stearinsäureester, Metallsalze der Fettsäuren wie z. B. Ca-, AI-, Zn-stearat, Fettsäureamide wie Stearinsäurea- mide, sowie Siliconöle, Montanwachse und solche auf Basis von Po- lyethylen und Polypropylen, weiterhin Kohlenwasserstoff-Öle, Paraffine und Carbonsäureester aus langkettigen Carbonsäuren und Ethanol, Fettalkoholen, Glycerin, Ethandiol, Pentaerythrit oder anderen Alkoholen.Suitable lubricants and mold release agents are e.g. B. fatty acids such as stearic acids, stearyl alcohol, fatty acid esters with 6 to 20 carbon atoms such. B. stearic acid esters, metal salts of fatty acids such as. B. Ca, Al, Zn stearate, fatty acid amides such as stearic acid amides, and silicone oils, montan waxes and those based on polyethylene and polypropylene, further hydrocarbon oils, paraffins and carboxylic acid esters from long-chain carboxylic acids and ethanol, fatty alcohols, glycerol , Ethanediol, pentaerythritol or other alcohols.
Pigmente sind beispielsweise Titandioxid, Phthalocyanine, Ultramarinblau, Eisenoxide oder Ruß, sowie die Klasse der organischen Pigmente.Pigments are, for example, titanium dioxide, phthalocyanines, ultramarine blue, iron oxides or carbon black, and the class of organic pigments.
Unter Farbstoffen sind alle Farbstoffe zu verstehen, die zur transparenten, halbtransparenten oder nichttransparenten Einfarbung von Polymeren verwendet werden können, insbesondere solche, die zur Einfarbung von Styrolcopolymeren geeignet sind. Derartige Farbstoffe sind dem Fachmann bekannt.Dyes are to be understood as all dyes which can be used for the transparent, semi-transparent or non-transparent coloring of polymers, in particular those which are suitable for coloring styrene copolymers. Dyes of this type are known to the person skilled in the art.
Als Flammschutzmittel können z. B. die dem Fachmann bekannten ha- logenhaltigen oder phosphorhaltigen Verbindungen, Magnesiumhydroxid, sowie andere gebräuchliche Verbindungen, oder deren Mischun- gen verwendet werden.As flame retardants such. B. the halogen-containing or phosphorus-containing compounds known to the person skilled in the art, magnesium hydroxide, as well as other common compounds, or mixtures thereof can be used.
Geeignete Antioxidantien (Wärmestabilisatoren) sind etwa sterisch gehinderte Phenole, Hydrochinone, verschiedene substituierte Vertreter dieser Gruppe, sowie deren Mischungen. Sie sind etwa als Topanol oder Irganox im Handel erhältlich.Suitable antioxidants (heat stabilizers) are, for example, sterically hindered phenols, hydroquinones, various substituted representatives of this group and mixtures thereof. They are commercially available as Topanol or Irganox.
Geeignete Stabilisatoren gegen Lichteinwirkung sind z. B. verschiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole, Zimtsäureverbindungen, organische Phosphite und Phosphonite, Ben- zophenone, HALS (Hindered Amine Light Stabilizers), wie sie z. B. als Tinuvin kommerziell erhältlich sind.Suitable light stabilizers are e.g. B. various substituted resorcinols, salicylates, benzotriazoles, cinnamic acid compounds, organic phosphites and phosphonites, benzophenones, HALS (hindered amine light stabilizers), such as z. B. are commercially available as Tinuvin.
Als Stabilisatoren können ebenso Ester und/oder Amide der ß- ( 3 , 5-Di-tert . -butyl-4-hydroxyphenyl) -propionsäure und/oder Benz- triazole eingesetzt werden. Beispielhaft sind mögliche Antioxidantien in EP-A-698,637 und EP-A-669,367 erwähnt. Insbesondere kann man als phenolische Antioxidantien 2, 6-Di-tert .-butyl-4-hy- droxyphenyl-propionat und N,N ' -Di- ( 3 , 5-di-tert . -butyl-4-hydroxy- phenyl-propionyl ) -hexamethylendiamin verwenden.Esters and / or amides of β- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionic acid and / or benzotriazoles can also be used as stabilizers. Possible antioxidants are mentioned by way of example in EP-A-698,637 and EP-A-669,367. In particular, 2, 6-di-tert-butyl-4-hy- can be used as phenolic antioxidants droxyphenyl propionate and N, N '-Di- (3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxy-phenyl-propionyl) hexamethylene diamine.
Als Beispiele für faserförmige bzw. pulverförmige Füllstoffe seien Kohlenstoff- oder Glasfasern in Form von Glasgeweben, Glasmatten oder Glasseidenrovings, Schnittglas, Glaskugeln sowie Wol- lastonit genannt, besonders bevorzugt Glasfasern. Bei der Verwendung von Glasfasern können diese zur besseren Verträglichkeit mit den Blendkomponenten mit einer Schlichte und einem Haftvermittler ausgerüstet sein. Die Einarbeitung der Glasfasern kann sowohl in Form von Kurzglasfasern als auch in Form von Endlosfasern (Ro- vings ) erfolgen.Examples of fibrous or pulverulent fillers are carbon or glass fibers in the form of glass fabrics, glass mats or glass silk rovings, cut glass, glass balls and tungstenonite, particularly preferably glass fibers. If glass fibers are used, they can be equipped with a size and an adhesion promoter for better compatibility with the blend components. Glass fibers can be incorporated both in the form of short glass fibers and in the form of continuous fibers (rovings).
Als teilchenförmige Füllstoffe eignen sich Ruß, amorphe Kiesel- säure, Magnesiumcarbonat (Kreide), gepulverter Quarz, Glimmer, Bentonite, Talkum, Feldspat oder insbesondere Calciumsilikate wie Wollastonit und Kaolin.Suitable particulate fillers are carbon black, amorphous silica, magnesium carbonate (chalk), powdered quartz, mica, bentonite, talc, feldspar or in particular calcium silicates such as wollastonite and kaolin.
Geeignete Antistatika sind beispielsweise Aminderivate wie N,N- Bis (hydroxyalkyl)alkylamine oder -alkylenamine, Polyethylenglyco- lester und Glycerinmono- und -distearate, sowie deren Mischungen. Die einzelnen Zusatzstoffe werden in den jeweils üblichen Mengen verwendet. Üblicherweise verwendet man die Zusatzstoffe in einer Menge von 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus Blockcopoly- meren und Zusatzstoffen.Suitable antistatic agents are, for example, amine derivatives such as N, N-bis (hydroxyalkyl) alkylamines or alkylene amines, polyethylene glycol esters and glycerol mono- and distearates, and mixtures thereof. The individual additives are used in the usual amounts. The additives are usually used in an amount of 0 to 50% by weight, based on the total of block copolymers and additives.
Die Abmischung der erfindungsgemäß hergestellten Polymere mit den anderen Polymeren und/oder Zusatzstoffen erfolgt kontinuierlich oder diskontinuierlich nach an sich bekannten Mischverfahren, beispielsweise unter Aufschmelzen in einem Extruder, Banbury-Mi- scher, Kneter, Walzenstuhl oder Kalander. Die Komponenten können jedoch auch "kalt" vermischt werden und das Gemisch wird erst bei der Verarbeitung aufgeschmolzen und homogenisiert.The mixing of the polymers produced according to the invention with the other polymers and / or additives takes place continuously or discontinuously according to mixing methods known per se, for example with melting in an extruder, Banbury mixer, kneader, roller mill or calender. However, the components can also be mixed "cold" and the mixture is only melted and homogenized during processing.
Die erhaltenen Mischungen können beispielsweise pelletiert oder granuliert, oder nach allgemein bekannten Verfahren, beispielsweise durch Extrusion, Spritzguss, Aufschäumen mit Treibmitteln, oder Kalandrierung verarbeitet werden.The mixtures obtained can be pelletized or granulated, for example, or processed by generally known methods, for example by extrusion, injection molding, foaming with blowing agents, or calendering.
Die erfindungsgemäßen Radikale und Radikalbildner eignen sich ferner als Inhibitoren zur Unterbindung einer unerwünschten radikalisch initiierten Polymerisation von Monomeren, d. h., zur Stabilisierung von Monomeren (als Stabilisatoren) . Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung der erfindungsgemäßen N-Oxyl- Radikale zur Stabilisierung von ethylenisch ungesättigten Monomeren gegen unerwünschte radikalisch initiierte Polymerisation. Die Einsatzkonzentrationen betragen hierzu im Allgemeinen 0,001 bis 0,1 Mol.-%, bezogen auf die Monomeren.The radicals and radical formers according to the invention are also suitable as inhibitors for preventing an undesired radical-initiated polymerization of monomers, ie for stabilizing monomers (as stabilizers). The invention therefore also relates to the use of the N-oxyl radicals according to the invention for stabilizing ethylenically unsaturated monomers against undesired radical-initiated polymerization. The Use concentrations for this are generally 0.001 to 0.1 mol%, based on the monomers.
Die erfindungsgemäßen Radikale und Radikalbildner sind ferner zur Stabilisierung von unbelebtem organischen Material gegen Licht und Wärme geeignet. Unter organischem Material sind z. B. kosmetische Präparate, wie Salben und Lotionen, Arzneimittelformulierungen, photographische AufZeichnungsmaterialien, insbesondere photographische Emulsionen, Vorprodukte für Kunststoffe und Lacke, insbesondere jedoch Kunststoffe und Lacke selbst zu verstehen. Die erfindungsgemäßen Radikale bzw. Radikalbildner können vor allem zur Stabilisierung von Kunststoffen bei deren Verarbeitung oder Verwendung angewandt werden. Sie werden den Kunststoffen z. B. während oder vor der Verarbeitung zugesetzt.The radicals and radical formers according to the invention are also suitable for stabilizing inanimate organic material against light and heat. Organic materials include z. B. cosmetic preparations such as ointments and lotions, pharmaceutical formulations, photographic recording materials, in particular photographic emulsions, intermediates for plastics and lacquers, but in particular plastics and lacquers themselves. The radicals or radical formers according to the invention can be used above all to stabilize plastics when they are processed or used. You will the plastics z. B. added during or before processing.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher veranschaulicht .The invention is illustrated in more detail by the following examples.
Beispiel 1: 8, 8-Dimethyl-10-oxa-7-aza-spiro[5.5]undecan-7-oxylExample 1: 8, 8-Dimethyl-10-oxa-7-aza-spiro [5.5] undecan-7-oxyl
MCPBAMCPBA
Zu 11,7 g 3, 3-Pentamethylen-5, 5-dimethyl-morpholin in 350 ml Methylenchlorid werden bei 0 °C 22,6 g 3-Chlorperoxybenzoesäure in- nerhalb von 2 Stunden portionsweise zugegeben. Es wird anschließend 12 Stunden gerührt, wobei man die Temperatur auf 23 °C erhöht. Anschließend werden 175 ml gesättigter NaHC03-Lösung zugegeben. Die organische Phase wird abgetrennt, mit 150 ml 20%iger Na2S03-Lösung und dreimal mit je 150 ml Wasser ausgeschüttelt. Die organische Phase wird mit MgS0 getrocknet, filtriert und im Vakuum eingeengt. Ausbeute: 12,3 g.22.6 g of 3-chloroperoxybenzoic acid are added in portions within 2 hours at 0 ° C. to 11.7 g of 3,3-pentamethylene-5,5-dimethyl-morpholine in 350 ml of methylene chloride. The mixture is then stirred for 12 hours, the temperature being raised to 23 ° C. Then 175 ml of saturated NaHC0 3 solution are added. The organic phase is separated, extracted with 150 ml of 20% Na 2 S0 3 solution and three times with 150 ml of water. The organic phase is dried with MgS0, filtered and concentrated in vacuo. Yield: 12.3 g.
Beispiel 2: 7 , 7-Dimethyl-9-oxa-6-aza-spiro[4.5 ]decan-6-oxylExample 2: 7, 7-Dimethyl-9-oxa-6-aza-spiro [4.5] decane-6-oxyl
Zu 11,4 g 3, 3-Tetramethylen-5, 5-dimethyl-morpholin in 200 ml Methylenchlorid werden bei 0 °C 19,6 g 3-Chlorperoxybenzoesäure innerhalb von 2 Stunden portionsweise zugegeben. Es wird anschließend 12 Stunden gerührt, wobei man die Temperatur auf 23 °C erhöht. Anschließend wird gesättigte NaHC03-Lösung zugegeben bis die Gas-entwicklung aufhört. Die organische Phase wird abgetrennt, mit 25 ml 20%iger Na2S03-Lösung und dreimal mit je 25 ml Wasser ausgeschüttelt. Die organische Phase wird mit MgS0 getrocknet, filtriert und im Vakuum eingeengt. Ausbeute: 12,1 g. 19.6 g of 3-chloroperoxybenzoic acid are added in portions over 2 hours at 0 ° C. to 11.4 g of 3,3-tetramethylene-5,5-dimethyl-morpholine in 200 ml of methylene chloride. The mixture is then stirred for 12 hours, the temperature being raised to 23 ° C. Then saturated NaHC0 3 solution is added until the gas evolution ceases. The organic phase is separated, extracted with 25 ml of 20% Na 2 S0 3 solution and three times with 25 ml of water. The organic phase is dried with MgS0, filtered and concentrated in vacuo. Yield: 12.1 g.
Beispiel 3: Polymerisationsbeispiele:Example 3: Polymerization Examples:
Es wurden die folgenden N-Oxyl-Radikale verwendet:The following N-oxyl radicals were used:
Die Versuche wurden in Substanz in abgeschmolzenen Glasrohren durchgeführt. Die Gesamtmasse jeder Probe betrug 70 g. Jede Probe wurde vor dem Abschmelzen durch Durchleiten von Stickstoff entgast. Die abgeschmolzenen Probenrohre wurden in Alu-Sicherheits- behältern in einem thermostatisierten Ölbad bei der gewünschten Temperatur eingetaucht. Die Versuche wurden unter Verwendung von Styrol als Monomer, Benzoylperoxid als Initiator und jeweils eines N-Oxyl-Radikals durchgeführt. TEMPO (1) und das N-Oxyl-Radi- kal (2) wurden zum Vergleich mit aufgenommen. Die folgende Ta- belle zeigt die eingesetzten Mengen, die Polymerisationsdauer, den erreichten Umsatz, das zahlenmittlere Molekulargewicht (<Mn>) und die Polydispersität des Polymeren.The tests were carried out in bulk in melted glass tubes. The total mass of each sample was 70 g. Each sample was degassed by bubbling with nitrogen before melting. The melted sample tubes were immersed in aluminum safety containers in a thermostatted oil bath at the desired temperature. The experiments were carried out using styrene as a monomer, benzoyl peroxide as an initiator and in each case an N-oxyl radical. TEMPO (1) and the N-oxyl radical (2) were included for comparison. The following table shows the amounts used, the polymerization time, the conversion achieved, the number average molecular weight (<Mn>) and the polydispersity of the polymer.
* Vergleichsbeispiel χ ) "fest" bedeutet einen Umsatz von > 90 * Comparative example χ) "solid" means a turnover of> 90

Claims

Patentansprüche claims
1. N-Oxyl-Radikale der allgemeinen Formel I,1. N-oxyl radicals of the general formula I,
worin X für S, NR5, 0 oder SO steht undwherein X is S, NR 5 , 0 or SO and
R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander für organische Reste stehen oderR 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 independently of one another represent organic radicals or
R1 und R2 und/oder R3 und R4 gemeinsam mit dem sie tragenden Kohlenstoffatom für einen aus wenigstens 3 Atomen bestehenden Ring stehen.R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the carbon atom carrying them represent a ring consisting of at least 3 atoms.
2. N-Oxyl-Radikale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander für Cι-C 0-Alkyl, C5-Cg-Cycloalkyl, C7-C2o-Aralkyl, gegebenenfalls substituiertes C6-Cχo-Aryl, Heteroaryl,2. N-oxyl radicals according to claim 1, characterized in that R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 independently of one another for -C-C 0 alkyl, C 5 -Cg cycloalkyl, C 7 -C 2 o-aralkyl, optionally substituted C 6 -Cχo-aryl, heteroaryl,
O -R6-OR7 , -R6_o— CH2-CH-0--R7 ^ _ R6 _ 0 - C - R8 (CH2)k n O -R6-OR 7 , -R6_o— CH 2 -CH-0 - R7 ^ _ R 6 _ 0 - C - R 8 (CH 2) k n
I HI H
O 0O 0
— R6-OSiR8 3, — R9 — C— OR10, — R9 — C— NR7 2 oder -R9— CN- R 6 -OSiR 8 3 , - R 9 - C— OR 10 , - R 9 - C— NR 7 2 or -R 9 - CN
stehen, worinstand in what
R6 für gegebenenfalls verzweigtes Cι-C2u-Alkylen; R7 jeweils unabhängig für H, Cι-C2u-Alkyl, gegebenenfalls durch Sauerstoffatome unterbrochenes C3-C20-Cycloalkyl oder Aryl; R8 jeweils unabhängig für Cι-C υ-Alkyl oder Aryl; R9 für eine chemische Bindung oder gegebenenfalls verzweigtes Cχ-C o-Alkylen; und Rio für H, C1-C2o-Alkyl, Aryl oder ein Alkalimetall; k für 0 oder 1 ; und n für eine ganze Zahl von 1 bis 100 steht,R 6 for optionally branched -CC 2u alkylene; R 7 each independently for H, -CC 2u alkyl, optionally interrupted by oxygen atoms C 3 -C 20 cycloalkyl or aryl; R 8 each independently Cι-C υ alkyl or aryl; R 9 for a chemical bond or optionally branched Cχ-C o-alkylene; and R i o is H, C 1 -C 2 o-alkyl, aryl or an alkali metal; k for 0 or 1; and n represents an integer from 1 to 100,
oder R1 und R2 und/oder R3 und R4 gemeinsam mit dem sie tragenden C-Atom einen aus 3 bis 10 Atomen bestehenden carbocy- clischen Ring bilden, in dem 1 oder 2 C-Atome durch 0, S oder N ersetzt und/oder in dem zwei nicht benachbarte Atome über einen zweiwertigen organischen Rest verbrückt sein können und/oder der mit einem weiteren Ring anelliert sein kann.or R 1 and R 2 and / or R 3 and R 4 together with the C atom carrying them form a carbocyclic ring consisting of 3 to 10 atoms, in which 1 or 2 C atoms are replaced by 0, S or N. and / or in which two non-adjacent atoms can be bridged via a divalent organic radical and / or which can be fused with a further ring.
3. N-Oxyl-Radikale nach Anspruch 2 der allgemeinen Formel II3. N-oxyl radicals according to claim 2 of the general formula II
worin X die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung hat,wherein X has the meaning given in claim 1,
R3 und R4 unabhängig voneinander für Cι-C -Alkyl, Phenyl,R 3 and R 4 independently of one another for -CC alkyl, phenyl,
Naphthyl oder einen aromatischen Fünfring stehen oder R3 und R4 zusammen für -(CH2)0- stehen und p und o unabhängig voneinander für eine ganze Zahl von 2 bis 7 stehen.Naphthyl or an aromatic five-membered ring or R 3 and R 4 together represent - (CH 2 ) 0 - and p and o independently of one another represent an integer from 2 to 7.
4. N-Oxylradikalbildner, dadurch gekennzeichnet, dass durch ho- molytische Spaltung einer chemischen Bindung als ein Fragment ein N-Oxyl-Radikal gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 entsteht.4. N-oxyl radical generator, characterized in that an N-oxyl radical according to one of claims 1 to 3 is formed as a fragment by homolytic cleavage of a chemical bond.
5. N-Oxylradikalbildner nach Anspruch 4 der allgemeinen Formel III,5. N-oxyl radical generator according to claim 4 of the general formula III,
worin die Symbole X, R1, R2, R3 und R4 die in Anspruch 2 angegebene Bedeutung haben und X zusätzlich für S02 stehen kann und T für einen organischen Rest mit einem Molekulargewicht von 15 oder mehr steht. 5 wherein the symbols X, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 have the meaning given in claim 2 and X can additionally stand for S0 2 and T stands for an organic radical with a molecular weight of 15 or more. 5
6. Verfahren der radikalisch initiierten Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation in Gegenwart von N-Oxyl-Radikalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei X zusätzlich für S02 6. The method of free-radically initiated polymerization of ethylenically unsaturated monomers, characterized in that the polymerization in the presence of N-oxyl radicals according to any one of claims 1 to 3, wherein X is additionally for SO 2
10 stehen kann, und/oder von N-Oxylradikalbildnern gemäß Anspruch 4 oder 5 erfolgt.10 can stand, and / or of N-oxyl radical formers according to claim 4 or 5.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sukzessive unterschiedliche Monomere oder Monomerengemische po-7. The method according to claim 6, characterized in that successively different monomers or monomer mixtures po-
15 lymerisiert werden.15 can be lymerized.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes Monomer in Gegenwart der N-Oxyl-Radikale und/oder N-Oxylradikalbildner unter Erhalt eines Intermediär-8. The method according to claim 7, characterized in that at least a first monomer in the presence of the N-oxyl radicals and / or N-oxyl radical formers to obtain an intermediate
20 polymerisats polymerisiert wird, das Intermediärpolymerisat gegebenenfalls isoliert wird und wenigstens ein zweites Monomer in Gegenwart des Intermediärpolymerisats polymerisiert wird.20 polymerized, the intermediate polymer is optionally isolated and at least one second monomer is polymerized in the presence of the intermediate polymer.
25 9. Verwendung von N-Oxyl-Radikalen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder von N-Oxylradikalbildnern nach Anspruch 4 oder 5 zur Stabilisierung von ethylenisch ungesättigten Monomeren gegen unerwünschte radikalisch initiierte Polymerisation.25 9. Use of N-oxyl radicals according to any one of claims 1 to 3 and / or of N-oxyl radical formers according to claim 4 or 5 for the stabilization of ethylenically unsaturated monomers against undesired radical-initiated polymerization.
30 10. Verfahren zur Stabilisierung von Zusammensetzungen, die ethylenisch ungesättigte Monomere enthalten, gegen unerwünschte radikalisch initiierte Polymerisation, indem man zu der Zusammensetzung eine wirksame Menge von N-Oxyl-Radikalen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder von N-Oxyl-Radikalbild-10. A method for stabilizing compositions containing ethylenically unsaturated monomers against undesired free-radical-initiated polymerization by adding to the composition an effective amount of N-oxyl radicals according to one of claims 1 to 3 and / or of N-oxyl Radikalbild-
35 nern nach Anspruch 4 oder 5 gibt.35 nern according to claim 4 or 5 there.
11. Verwendung von N-Oxyl-Radikalen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder von N-Oxylradikalbildnern nach Anspruch 4 oder 5 zur Stabilisierung von unbelebtem organischen Material ge- 40 gen Licht und Wärme .11. Use of N-oxyl radicals according to one of claims 1 to 3 and / or of N-oxyl radical formers according to claim 4 or 5 for stabilizing inanimate organic material against light and heat.
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