EP1453869A2 - Mikrostrukturregler für die anionische polymerisation - Google Patents

Mikrostrukturregler für die anionische polymerisation

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EP1453869A2
EP1453869A2 EP02792760A EP02792760A EP1453869A2 EP 1453869 A2 EP1453869 A2 EP 1453869A2 EP 02792760 A EP02792760 A EP 02792760A EP 02792760 A EP02792760 A EP 02792760A EP 1453869 A2 EP1453869 A2 EP 1453869A2
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alkyl
randomizer
radical
microstructure
polymerization
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EP02792760A
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Walter Hellermann
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Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls gekuppelten, blockfreien Polymerisaten auf Basis von konjugierten Dienen und gegebenenfalls monovinylaromatischen Verbindungen durch anionische Polymerisation in einem inerten organischen Lösungsmittel in Gegenwart einer Lithiumorganischen Verbindung als Initiator und eines Mikrostrukturreglers und/oder Randomizers, wobei als Mikrostrukturregler und/oder Randomizer bestimmte Etherverbindungen eingesetzt werden. Die auf diese Weise hergestellten Polymerisate eignen sich insbesondere zur Herstellung von Dämpfungsmaterialien, Reifen und Reifenbauteilen (z.B. Reifenlaufflachen oder -seitenwänden) und technischen Gummiartikeln.

Description

Mikrostrukturregler für die anionische Polymerisation I
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls gekuppelten, blockfreien Polymerisaten auf Basis von konjugierten Dienen und gegebenenfalls monovinylaromatischen Verbindungen durch anionische Polymerisation, insbesondere bei hohen Temperaturen, sowie die auf diese Weise hergestellten Verfahrensprodukte bzw. Polymerisate und deren Verwendung, insbesondere zur Herstellung von Reifen und Reifenbautie- len sowie von Dämpfungselementen.
Die Entwicklung von Reifen mit perfektioniertem Eigenschaftsprofil stellt eine komplexe Optimierungsaufgabe dar, bei der sich der Reifenhersteller im Spannungsfeld des magischen Dreiecks aus Rollwiderstand, Abriebwiderstand und Naßrutschestigkeit bewegt. Um das Naßrutschverhalten zu verbessern, ist es notwendig, Reifenkautschuke mit möglichst hoher Glastemperatur herzustellen, wie es z. B. mit dem 3,4-Polyisoprenkautschuk möglich wird. Dies führt damit bei den modernen Lösungs-SBR-Kautschuken zu Reifenpolymeren mit möglichst hohen 1,2-Vinyl- und 3, 4- Struktureinheiten. Gleichzeitig geht der Trend bei anionisch hergestellten Butadien/Styrol-Kautschuken hin zu höheren Styrolgehalten von mehr als 25 %, bezogen auf das gesamte Polymer. Damit steigen dann die Anforderungen an die Randomizerwirkung der eingesetzten Mikrosliiikturregler deutlich an.
Sowohl zur Homo- als auch zur Copolymerisation von Dienen und Vinylaro- maten werden zur Einstellung dieser maßgeschneiderten MikroStrukturen bei den modernen Lösungspolymeren basische polare Verbindungen, sogenannte Mikrostrukturregler, eingesetzt.
Die Mikrostrukturregler des Standes der Technik haben den Nachteil, daß sie bei hohen Polymerisationstemperaturen in ihrem Wirkungsgrad deutlich nachlassen. Weiterhin besitzen sie in den meisten Fällen nur einen schwachen Einfluß auf den statistischen Einbau der vinylaromatischen Komponente, d. h. es liegt eine schlechte Randomizerwirkung vor. Im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Begriff Mikrostrukturregler insbesondere eine mehrzähnige Lewisbase, die neben der MikroStruktur auch noch gleichzeitig den statistischen Einbau von vinylaromatischen Verbindungen - in der Regel Styrol - gezielt steuert; d. h. es wird gleichzeitig auch eine gute Randomizerwirkung erreicht. Für weitere Einzelheiten kann beispielsweise verwiesen werden auf H. Koch, W. Adametz "Mikrostrukturregler für maßgeschneiderte Lösungskautschuke", GAK 3/2002, Jahrgang 55, Seiten 162 bis 166.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verbindungen bekannt, die Einfluß auf den Verlauf der Polymerisation im Hinblick auf eine bevorzugte Bildung von 1,2- und 3,4-Struktureinheiten haben (vgl. K. H. Nordsiek, K. M. Kiepert, Kautschuk und Gummi, Kunststoffe 35, 371 (1982) sowie K. H. Nordsiek, Kautschuk und Gummi, Kunststoffe 39, 599 (1986).
So sind in der Vergangenheit zahlreiche Ether, Amine, Phosphine usw. als Mikrostrukturregler vorgeschlagen worden (DE-PS 27 07 761 und 31 15 878). Da diese Substanzen jedoch allein noch keine befriedigende Randomizerwirkung zeigen, müssen zusätzlich grenzflächenaktive Mittel zum statistischen Einbau der Monomeren im Polymermolekül verwendet werden.
Die EP-A-0 304 589 beschreibt bestimmte Ethylenglykoldialkylether als geeignete Mikrostrukturregler. Allerdings zeigen diese Verbindungen bei höheren Polymerisationstemperaturen einen signifikanten Einbruch in der Mikro- strukurregelwirkung und besitzen außerdem keine optimale Randomizerwirkung. Ein großer Nachteil der Mikrostrukturregler des Standes der Technik ist die häufig nachlassende Regelwirkung beim Ansteigen der Polymerisationstemperatur. So ist bekannt, daß beim häufig eingesetzten Mikrostrukturregler Tetramethylethylendiamin (TMEDA) bei der Isoprenpolymerisation zwar bei einem Molverhältnis Milσostrukturregler/Initiator von etwa 5 hohe Gehalte an 3,4-Struktureinheiten entstehen, aber gleichzeitig die Polymerisationsgeschwindigkeit deutlich nachläßt (vgl. W. L. Hsu, A. F. Halasa und T. T. Wetli, Rubber Chemistry and Technology 71 (1998), Seiten 62 ff.).
Die EP-A-507 222 und die US-A-5 112 929 beschreiben zu diesem Zweck cyclische 1,3-Dioxolanacetale wie z. B. 2-(2-Oxolanyl)-dioxolan als Mikro- strukturregler für die anionische Polymerisation von Dienen. Allerdings wird zu der damit erreichten Polymerisationsgeschwindigkeit keine Aussage gemacht.
In den Patentschriften US-A-5 552 490, US-A-5 231 153, US-A-5 470 929, US-A-5 488 003 und US-A-5 359 016 sind im wesentlichen Alkyltetrahydro- furmrylether als geeignete Modifier für die anionische Polymerisation von Dienen beschrieben. Mit diesen Reglern sollen im Fall der Isoprenpolymerisation wesentlich höhere Polymerisationsgeschwindigkeiten erreicht werden können als im Fall von TMEDA. Allerdings sind diese Verbindungen noch immer zu langsam und machen sich gleichzeitig im Kautschuk durch einen unangenehmen Geruch bemerkbar.
Es besteht also ein Bedarf an Mikrostrukturreglern bzw. Randomizera, die folgendem umfangreichem Anforderungsprofil genügen sollen:
1. Die mit steigender Temperatur auftretende Reduzierung der Mikrostruktur- regelwirkung soll gering sein, um eine hohe Polymerisationstemperatur zu ermöglichen. Grundsätzlich ist die Wirkung eines Milα-ostrukturreglers von dem Verhältnis der Molmengen von Regler und Initiator abhängig. Das
Molverhältnis Regler/Initiator liegt im allgemeinen zwischen 1 : 1 bis 10: 1. Die gemäß 1. zu erzielende Wirkung sollte bereits mit einem Molverhältnis Regler/Initiator von kleiner 5:1 erreichbar sein.
2. Sie sollen die Copolymerisationen beschleunigen, damit rentable Produkti- onsleistungen erreicht werden können.
3. Sie sollen bei Copolymerisationen von Dienen mit Vinylaromaten die Bildung von Blockpolyvinylaromat verhindern und damit eine gute Randomizerwirkung besitzen.
4. Sie sollen zu hohen Monomerumsätzen von mindestens 95 % führen. 5. Sie sollen gegenüber den bei der Polymerisation als Anion vorliegenden "lebenden" Polymeren weitgehend inert sein. Dieser Forderung kommt insbesondere dann Bedeutung zu, wenn man die lebenden Polymere nach Abschluß der Polymerisation mit Kupplungsmitteln zu sternförmigen Kautschuken oder mit geeigneten elektrophilen Verbindungen umsetzt. 6. Sie sollen vom Polymerisationslösungsmittel vollständig abzutrennen sein. Je nach den spezifischen Bedingungen der jeweiligen Polymerisationsanlage können die Schwerpunkte in den vorgenannten Anforderungen 1 bis 6 unterschiedlich gewichtet sein.
Im Hinblick auf den aufgeführten Stand der Technik gab es kein Verfahren zur Herstellung von Polymerisaten, bei dem mindestens zwei Verbindungen aus der Gruppe von Butadien, Isopren und Styrol eingesetzt werden und bei dem die aus der Praxis stammenden, vorgenannten Anforderungen an den Mikrostrukturregler in idealer Weise erfüllt werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der zuvor beschriebenen Art bereitzustellen, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, blockfreie Polymerisate herzustellen (d. h. bei der Diencopolymerisation soll ein weitgehender statistischer Einbau der Styroleinheiten in der Polymerkette erfolgen, damit die Copolyme- ren zur Herstellung beispielsweise von Reifen und Dämpfungsmaterialien verwendet werden können). Insbesondere sollen die nach diesem Verfahren erhältlichen Polymerisate bzw. Kautschuke eine Glasübergangstemperatur im Bereich von -70 °C bis +10 °C, insbesondere -30 °C bis 0 °C, aufweisen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist somit ein Verfahren nach dem Anspruch 1. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche (Ansprüche 2 bis 10).
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung - sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Produkte bzw. Polymerisate. Die erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte bzw. Polymerisate zeichnen sich insbesondere durch ei- nen hohen Anteil an 1 ,2-Struktureinheiten des Butadiens und 1,2- und 3,4- Struktureinheiten des Isoprens aus.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem drittten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die Verwendung der nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren erhältlichen Produkte bzw. Polymerisate, wie sie in den Ansprüchen 12 bis 16 näher beschrieben ist. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung - sind mit den erfindungsgemäß hergestellten Polymerisaten hergestellte Produkte, insbesondere Dämpfungsmaterialien, Reifen und Reifenbauteile (z. B. Reifenlaufflächen oder -seitenwände) und technische Gummiartikel.
Schließlich sind ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung - die in den Ansprüchen 1 bis 3 definierten Verbindungen der allgemeinen Formeln (I c) und (I d), insbe- sondere für die anionische Polymerisation.
Die vorliegende Erfindung zeigt, daß die Verbindungen der allgemeinen Formeln (I a) bis (I g), wie in den Ansprüchen definiert, als Milσostmkturregler und Randomizer für die anionische Polymerisation eingesetzt werden können.
Die Verbindungen der allgemeinen Formeln (I a) bis (I g) besitzen sowohl die Eigenschaften eines guten Mikrostrukturreglers als auch die eines guten Randomizers. Gegenüber den vielen anderen bekannten Lewis-Basen besitzen die Verbindungen der allgemeinen Formeln (I a) bis (I g) - im allgemeinen Ether wie Alkyl- oder Alkylaminoether oder cyclische Dioxolan- bzw. Dioxanalky- lether oder cyclische Dioxolan- bzw. Dioxanalkylaminoether - den besonderen Vorteil, auch bei relativ hoher Polymerisationstemperatur (und folglich kurzen Reaktionszeiten) noch eine ausgeprägte MilαOstrukturregelwirkung zu besitzen.
Die erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen der allgemeinen Formel (I a) bis (I g) können durch die in der Literatur beschriebenen, an sich bekannten Verfahren hergestellt werden. So können z. B. die erfindungsgemäß eingesetzten Akylaminoether beipielsweise nach der Williamson-Ether- synthese aus einem Natriumalkoholat und dem entsprechenden Alkylhaloge- nid hergestellt werden (DE 41 19 576 AI). 2-Dimethylaminomethyl-l,3- dioxolan (DM AD) wird beispielsweise nach der US-A-2 439 969 und der DE 825 416 hergestellt.
Als Reaktionsmedium für das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen ein inertes organisches Lösemittel verwendet. Geeignet sind insbesondere Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 12 C- Atomen, wie Pentan, Hexan, Heptan und Oktan, sowie deren cyclische Analogen. Geeignet sind auch aromatische Lösungsmittel, wie z. B. Benzol, Toluol u. a. Selbstverständlich können auch Gemische der vorstehend beschriebenen Verbindungen eingesetzt werden.
Als Katalysator für das erfindungsgemäße Verfahren werden im allgemeinen Alkyllithiumverbindungen eingesetzt, die durch Umsetzung von Lithium mit den entsprechenden Alkylhalogeniden leicht zugänglich sind. Die Alkylreste weisen im allgemeinen 1 bis 10 C- Atome auf. Einzelne Wasserstoffatome können durch Phenylreste substituiert sein. Folgende Alkyllithiumverbindungen sind besonders geeignet: Methyllithium, Ethyllithium und Pentyllithium. Bevorzugt wird sek.- und n-Butylithium. Im Prinzip lassen sich auch bifunk- tionelle organische Lithium Verbindungen einsetzen. Diese sind jedoch weniger leicht zugänglich und insbesondere dann weniger günstig als ihre mono- firnktionellen Analogen, wenn man sternförmige Lösungskautschuke herstellen möchte.
Die Menge des eingesetzten Katalysators richtet sich nach dem Molekulargewicht, das eingestellt werden soll. Dieses liegt üblicherweise im Bereich von 50.000 bis 1.500.000.
Vorzugsweise wird der Mikrostrukturregler zu Beginn der Reaktion zugesetzt. Er kann jedoch auch noch, wenn dies aus irgendwelchen Gründen zweckmäßig sein sollte, während der Polymerisation zugesetzt werden. Ebenso können die erfindungsgemäßen Milσostrukturregler einzeln oder in beliebigem Mengenverhältnis untereinander eingesetzt werden.
Gegebenfalls kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zum Initiator noch ein Kalium- oder Natriumalkoholat zuzugeben, um die statistische Verteilung der Sty- roleinheiten in den Copolymeren noch weiter zu verbessern. Hierzu kommen die Alkali- oder Erdalkalimetallsalze, insbesondere Kalium- oder Natriumsalze, ein- oder mehrwertiger Alkohole und Phenole und ein- oder mehrwertiger Carbonsäuren in Betracht. Im allgemeinen werden die Kaliumverbindungen bevorzugt. Beispielhaft seien hier die Natrium- oder Kaliumsalze des Di- methylamins, Di-n-butylamins, Dibutylamins, der Laurinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Benzoesäure, Phthalsäure, des Methylalkohols, Ethylalkohols, Isopropylalkohols, Propylalhohols, tert.-Butylalkohols, tert.-Amylalkohols, n- Hexylalkohols, Cyclohexylalkohols oder Phenols genannt. Besonders Bevorzugt wird Kalium-tert.-butylat.
Ebenfalls können anionische oberflächenaktive Verbindungen mit einer hydrophilen Gruppe, wie z. B. -S03M oder -OS03M, wobei M Kalium oder Natrium oder Rubidium bedeutet, zusätzlich zum Initiator zugegeben werden. Beispielhaft sind hier Salze von Alkylarylsulfonsäuren, wie z. B. Kaliumstea- rylbenzolsulfonat, Kaliumdodecylbenzolsulfonat, Kaliumnonylbenzolsulfonat und Kaliumdecylbenzolsulfonat oder Salze von Schwefelsäureestern von höheren Alkoholen, wie z. B. Kaliumstearylsulfat, Kaliumdodecylsulfat, Kali- umdecylsulfat, Kaliumnonylsulfat und Kalium-N-methyltaurat zu nennen.
Bezogen auf 1 Mol des Lithium-Alkylinitiators, werden bei der anionischen Polymerisation mit den erfindungsgemäßen Mikrostrukturreglern im allgemeinen Mengen von 0,1 bis 15 mol, bevorzugt von 0,1 bis 5 mol, eingesetzt.
Als konjugierte Diene kommen folgende Verbindungen in Betracht: 1,3- Butadien, Isopren, 2,3-Dimethyl-l,3-butadien, 1,3-Pentadien (Piperylen), 2,3- Dimethyl-l,3-butadien und 1,3-Hexadien. Besonders bevorzugt sind 1,3- Butadien und Isopren.
Für die Copolymerisation mit den konjugierten Dienen kommen folgende vi- nylaromatische Verbindungen in Betracht: 3-Methylstyrol, 4-Methylstyrol, Styrol, 1-Vinylnaphthalin und 2-Vinylnaphthalin, wobei Styrol besonders bevorzugt ist. Die vinylaromatischen Verbindungen wie auch die konjugierten Diene können einzeln oder im Gemisch untereinander eingesetzt werden.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die nach weitgehend vollständiger Umsetzung der Monomeren erhaltenen Polymerisationseinheiten mit einem Kupplungsmittel zu sternförmigen Polymeren zu kuppeln. Zu diesem Zweck geeignete Kupplungsmittel sind insbesondere Tetrahalogenide der Elemente Silicium, Germanium, Zinn und Blei sowie Aro- maten, die mindestens zwei Vinylgruppen tragen, wie z. B. 1,3,5-Trivinyl- benzol und 1,3- und 1,4-Divinylbenzol. Die Polymerisation wird im allgemeinen im Temperaturbereich von 50 bis 90 °C durchgeführt. Bevorzugt wird die Polymerisation bei Temperaturen von 80 bis 150 °C durchgeführt. Die Kupplung erfolgt im allgemeinen bei 0 bis 150 °C, vorzugsweise bei 40 bis 100 °C.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich betrieben werden.
Die erhaltenen amorphen Polymerisate werden, wenn sie zu Vulkanisaten ver- arbeitet werden sollen, im allgemeinen mit aktiven, verstärkenden Füllstoffen, einem Vulkanisationsmittel und üblichen Zusatzstoffen gemischt. Als Füllstoffe kommen die in der Kautschukindustrie verwendeten aktiven und inaktiven Füllstoffe zum Einsatz. In erster Linie sind das hochdisperse, mit Silan- haftvermittlern behandelte Kieselsäuren mit spezifischen Oberflächen von 5 bis 1000 m2/g, vorzugsweise 20-400 m2/g, und mit Primärteilchengrößen von 10 bis 400 um und Ruße mit BET-Oberflächen von 20 bis 200 m2/g. Die Füllstoffe können alleine oder im Gemisch eingesetzt werden.
Massen, welche zur Herstellung von Reifenlaufflächen bestimmt sind, werden im allgemeinen zu Rohlaufstreifen geformt. Bei der Homogenisierung und Formgebung, die beispielsweise in einem Extruder erfolgen kann, werden die Bedingungen von Temperatur und Zeit so gewählt, daß keine Vulkanisation eintritt.
Die Kautschukkomponente kann in diesem Falle beispielsweise zu 10 bis 70 Massen-% aus einem erfindungsgemäßen Reaktionsprodukten und zu 90 bis 30 Massen-% aus einem bekannten, amorphen, hochungesättigten Allzweckkautschuk, wie z. B. Styrol/Butadien-Kautschuk, 1 ,4-cis-Polybutadien, 1,4- cis-Polyisopren oder Naturkautschuk, bestehen.
Übliche Vulkanisationsmittel enthalten z. B. Schwefel in Kombination mit Beschleunigern. Die Menge des Vulkanisationsmittels richtet sich nach den übrigen Komponenten in der vulkanisierbaren Masse und kann durch einfache, orientierende Versuche ermittelt werden. Als Zusatzstoff können beispielsweise auch die in der Kautschuktechnik üblichen Weichmacheröle, bevorzugt aromatische, aliphatische und naphthenische und paraffinische Kohlenwasserstoffe, sowie übliche Hilfsmittel, wie beispielsweise Zinkoxid, Stearinsäure, Harzsäuren, Alterungsschutzmittel und Ozonschutzwachse, in üblichen Mengen zugesetzt werden. Besonders bevorzugt sind die neuen, kennzeichnungsfreien naphthenischen Prozeßöle vom Typ TDAE (Treated Distillate Aromatic Extracts), wie z. B. BP Vivatec 500, oder vom Typ MES (M ldly Refined Solvates), wie z. B. BP Vivatec 200.
Die erfindungsgemäßen Polymerisate eignen sich insbesondere zur Herstellung von Laufflächen von Pkw- und Lkw-Reifen, und zwar sowohl zur Herstellung von Neureifen als auch zur Runderneuerung von Altreifen. Die erhaltenen Reifenlaufflächen zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Bremswirkung sowohl beim ABS-Bremsen als auch beim Blockierbremsen auf nas- ser Fahrbahn aus. Hervorzuheben ist auch die außergewöhnlich hohe Reversionsstabilität beim Vulkanisationsprozeß und die außergewöhnlich hohe Netzwerkstabilität der Reifenlaufflächen bei dynamischer Beanspruchung. Die erfindungsgemäßen Polymerisate können auch zur Herstellung von Dämpfungselementen verwandt werden (siehe z. B. DE-OS 24 59 357).
Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht, welche die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls beschränken. AUSFUHRUNGSBEISPIELE:
Die erfindungsgemäßen Polymerisate werden wie folgt hergestellt:
Als Lösemittel wurde ein Kohlenwasserstoffgemisch eingesetzt, das zu etwa 50 % aus n-Hexan bestand und als C6-Schnitt bezeichnet wird. Weitere Bestandteile dieses Gemisches waren insbesondere Pentan, Heptan und Oktan sowie deren Isomere. Das Lösemittel wurde über einem Molekularsieb der Porenweite 0,4 nm getrocknet, so daß der Wasseranteil unter 10 ppm gesenkt wurde, und anschließend mit Na gestrippt. Die organische Lithiumverbindung war n-Butyllithium (BuLi), die in Form einer 15 gewichtsprozentigen Lösung in Hexan zur Anwendung kam. Isopren wurde vor seinem Einsatz destillativ vom Stabilisator abgetrennt. Die Glykol- und Aminoether wurden über Aluminiumoxid getrocknet und anschließend mit n-Butyllithium in Gegenwart von o-Phenanthrolin austitriert.
Das Divinylbenzol (DVB) wurde in Form einer über A1203 getrockneten Lösung eingesetzt, die 44 % m- und 20 % p-Divinylbenzol enthielt. Als Kupplungsausbeute wird der Prozentanteil an Kautschuk angesehen, der nach der Umsetzung mit einem Kupplungsmittel eine sternförmige Struktur aufweist und sich gegenüber dem ungekuppelten Kautschuk durch ein erheblich höheres Molekulargewicht auszeichnet. Die Bestimmung erfolgt mit der GPC- Analyse, wobei Tetrahydrofuran als Lösemittel und Polystyrol als Säulenmaterial eingesetzt wird. Die Polymerisate werden mit einem Lichtstreuungsde- tektor charakterisiert. Zu diesem Zweck werden dem Reaktor vor Zugabe des Kupplungsmittels und zu Ende der Reaktion Proben entnommen.
Die MikroStruktur wird durch 'H-NMR oder mittels IR-Spektrometrie bestimmt.
Die Glasübergangstemperatur Tg wurde mit einem Schwingungselastometer gemessen (1 Hz bei 1 °C/min. Aufheizzeit). Die Bestimmung des Blockstyro- lanteils erfolgte nach Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie Bd. 14/1 (1961), Seite 698. Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, ohne jedoch deren Umfang zu beschränken.
Basisversuche
Als Regler kamen zum Einsatz
MDE = l-Memoxy-2-dimethylaminoethan
EDE = l-Emoxy-2-dimethylaminoethan
PDE = l-Propoxy-2-dimethylaminoethan EDEE = l-Ethoxy-2-diethylaminoethan
BDE = l-n-Butoxy-2-dimethylaminoethan
EDP = l-Ethoxy-3-dimethylaminopropan
DMAD = 2-Dimethylaminomethyl-l,3-dioxolan
TBEE = l-Ethoxy-2-tert.-butoxy-ethan NBEE = l-Ethoxy-2-n-butoxy-ethan
Beispiel 1
In einem mit trockenem Stickstoff gespülten V2A-Autoklaven wurden 400
Teile Hexan, ein Monomerengemisch aus 40 Teilen 1,3-Butadien, 40 Teilen Isopren, 20 Teilen Styrol, 0,02 Teilen DVB und 1,0 Teilen Ethylenglykol -tert.-butylether (TBEE) vorgelegt und nach Trocknung über Molekularsieb (0,4 um) unter thermoelektrischer Kontrolle mit Butyllithium titriert. Die Polymerisation wurde bei 40 ° C durch Zugabe von 0,05 Teilen n-Butyllithium gestartet. Die Temperatur erreichte bei leichter Kühlung nach 8 Minuten 108 °C. Bei dieser Temperatur konnte der Ansatz 30 Minuten lang nachreagieren. Nach Abkühlung auf 50 °C wurde die Polymerisation durch Zugabe einer Lösung von 0,5 Teilen 2,2'-Methylen-bis(4-methyl-6-tert.-butylphenol) in 2 Teilen feuchtem Toluol gestoppt. Das Lösungsmittel wurde mit Wasserdampf abdestilliert und das Polymerisat 24 Stunden bei 70 °C im Umlufttrocken- schrank getrocknet.
Beispiele 2 bis 8
Die Durchführung entspricht Beispiel 1. Die Versuche 1 bis 3 sind als Vergleichsversuche anzusehen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammenge- faßt. Tabelle 1 : Basisversuche
*' im 1,2 Butadien enthalten
Beständigkeit
Um die Beständigkeit der Regler gegenüber den lebenden Kettenenden zu bestimmen, wurden in den nachfolgenden Versuchen Sternpolymere hergestellt.
Beispiel 9
In einem mit trockenem Stickstoff gespülten V2A- Autoklaven werden 550 Teile Hexan, ein Monomergemisch aus 75 Teilen 1,3-Butadien und 25 Teile Styrol und 0,7 Teile l-Ethoxy-2-n-butoxyethan vorgelegt und nach Trocknung über Molekularsieb (0,4 nm) unter thermoelektrischer Kontrolle mit Butylli- thium titriert. Die Polymerisation wurde bei 35 °C durch Zugabe von 0,080 Teilen n-BuLi gestartet. Die Temperatur erreichte bei leichter Kühlung nach 10 Minuten 113 °C. Bei dieser Temperatur konnte der Ansatz 30 Minuten nachreagieren. Danach wurden bei dieser Temperatur 0,81 Teile Divinylben- zol zugegeben. Nach 20 Minuten und nach Abkühlen auf 50 °C wurde die Polymerisation durch Zugabe einer Lösung von 0,5 Teilen 2,2'-Methylen- bis(4-methyl-6-tert.-butylphenol) in 2 Teilen feuchtem Toluol gestoppt. Das Lösemittel wurde mit Wasserdampf abdestilliert und das Polymerisat 24 Stunden bei 70 °C im Umlufrtrockenschrank getrocknet.
Beispiele 10 bis 12
Die Durchführung entspricht Beispiel 9 (siehe Tabelle 2).
Tabelle 2: Herstellung der Sternpolymeren
*' im 1,2 Butadien enthalten Bestimmung des Blockstyrolanteils nach Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie Bd. 14/1 (1961), Seite 698 Temperaturabhängigkeit und Geschwindigkeit
Die Temperaturabhängigkeit der Mikrostrukturregelwirkung wurde anhand von Isopren- und Butadienpolymerisationen untersucht. Die Bestimmung der MikroStrukturen der Polyisoprene erfolgte durch 'H-NMR-Analyse. Um die Geschwindigkeiten der mit den einzelnen Reglern durchgeführten Polymerisationen vergleichen zu können, wurde aus den Zeit Umsatz-Kurven die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten gemäß einer Reaktion 1. Ordnung berechnet.
Homopolymerisation von Isopren
In einen 2-1- Stahlautoklaven werden unter Stickstoffatmosphäre 704 g Hexan, 82 g (1,21 mol) Isopren und als Mikrostrukturregler 4,7 mmol des entsprechenden Reglers eingefüllt. Nach der Temperierung wird der Reaktorinhalt nach der Zugabe von 1 ml l%iger benzolischer o-Phenanthrolin-Lösung mit 0,4 mmol n-Butyllithium (14%ige Lösung in Hexan) bis zum Farbumschlag austitriert und die Polymerisation durch Zugabe von 0,94 mmol n- Butyllithium gestartet. Nach zwei Stunden wurde die Polymerisation abgebrochen. Das 3,4-Polyisopren wurde mit 0,5 % BKF stabilisiert und durch Fällung mit Isopropanol/Methanol und anschließende Trocknung bei 50 °C auf- gearbeitet. Die MikroStruktur des Polymeren wird durch 'H-HMR- Analyse ermittelt:
Tabelle 3: Temperaturabhängigkeit der Mikrostrukturregelwirkung und Reaktionsgeschwindigkeit, Mol Verhältnis Regler/BuLi=5/l, Iso- pren=l,0 mol/l
Ausgehend von EDE führt eine Verkürzung des Restes R5 von Ethyl auf Methyl (MDE) einerseits zu geringfügig höheren Gehalten an 1,2- und 3,4- Polyisopren, andererseits jedoch zu einem drastischen, nicht vertretbaren Abfall des Monomerumsatzes. Der Austausch der Ethyl- gegen eine n- Butylgruppe am Sauerstoff hat keinen Einfluß auf den 1,2- und 3,4-Gehalt der Polyisoprene.
Eine Verlängerung der Alkylreste am Stickstoffatom von Methyl auf Ethyl (EDEE) bedingt einen Abfall der Seitenkettenverzweigungen und damit der Milσostrukturregelwirkung.
Aus der Verlängerung des Abstands zwischen den beiden Donoratomen von -(CH2)2- auf -(CH2)3- (EDP) resultiert eine deutlich geringere Mikrostrukturregelwirkung. Von den drei Aminoethem EDE, PDE und BDE, die eine sehr gute Milσostrukturregelwirkung besitzen, weisen EDE und PDE die höchsten Polymerisationsgeschwindigkeiten auf. NBEE ist ebenfalls deutlich schneller als TBEE.
Homopolvmerisation von Butadien Exemplarische Polymerisationsversuche wurden analog zu den Isoprenpolymerisationsversuchen auch mit Butadien durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt.
Tabelle 4: Mikrostrukturregelwirkung und Reaktionsgeschwindigkeit bei der Butadienpolymerisation bei 70 °C und Molverhältnis Reg- ler/BuLi=5/l, Butadien = 1,0 mol/1
Auch hier ist EDE deutlich schneller als TBEE, wobei EDE auch in der Mir- krostruktursteuerung bei 70 °C besser abschneidet.
Randomizerwirkung
Die Randomizerwirkungen der Regler wurden anhand isothermer Butadi- en/Styrol-Copolymerisationen mit 40 Gew.-% Styrol bei 50 °C bei einem Verhältnis Regler/n-BuLi von 5 untersucht.
Copolymerisation von Butadien und Styrol zur Bestimmung der Randomizerwirkung In einen 2-1-Stahlreaktor werden unter Stickstoffatmosphäre 703 g Hexan, 50,6 g (0,94 mol) Butadien, 33,7 g (0,32 mol) Styrol und 4,8 mmol Mikrostrukturregler eingefüllt. Nach der Temperierung auf 50 °C wird der Reaktorinhalt nach der Zugabe von 1 ml l%iger benzolischer o-Phenanthrolin-Lösung mit 0,33 mmol n-Butyllithium (14%ige Lösung in Hexan) bis zum Farbum- schlag austitriert und die Polymerisation durch Zugabe von 0,96 mmol n- Butyllithium gestartet. Die Struktur des Copolymeren wird nach IR- Analyse ermittelt. Der Blockpolystyrolgehalt.wird durch KMn04-Abbau bestimmt. Die Ergebnisse faßt Tabelle 5 zusammen. Tabelle 5: Randomizerwirkung bei Copolymerisation Butadien/Styrol 60/40 bei 50 °C
*) aufgrund des Abbruchs der Polymerisation wurde keine Analyse auf Block-Polystyrol durchgeführt.
Während MDE und EDP die Copolymerisation bei geringeren Monomerumsätzen abbrechen, führt die Verlängerung der Alkylgruppen am Stickstoffatom zu einem drastischen Anstieg des Blockpolystyrolgehaltes.
Eine Verlängerung der Alkylgruppen am Sauerstoffatom von Ethyl auf n- Butyl zeigt keinen gravierenden Einfluß auf die Randomizerwirkung.

Claims

Patentansprüche:
Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls gekuppelten, blockfreien Polymerisaten auf Basis von konjugierten Dienen und gegebenenfalls monovinylaromatischen Verbindungen durch anionische Polymerisation in einem inerten organischen Lösungsmittel in Gegenwart einer Lithium- organischen Verbindung als Initiator und eines Mikrostrukturreglers und/oder Randomizers, dadurch gekennzeichnet, daß man als Mikrostrukturregler und/oder Randomizer folgende Verbindungen), allein oder in Kombination, einsetzt: a)
\
CH" -OR.
R4 da)
wobei R und R2 unabhängig voneinander C C4-Alkylreste darstellen, R3 und R4 unabhängig voneinander H oder CrC6-Alkylrest darstellen und R5 einen CrC4-Alkylrest oder einen Rest der Formel
darstellt;
b)
\ /~\
N CH2 CH ,(CR2)
wobei R ein Wassserstoffatom oder einen CrC4-Alkylrest darstellt und Ri und R2 unabhängig voneinander C,-C4-Alkylreste darstellen und x gleich 0 oder 1 ist;
c)
wobei R ein Wasserstoffatom oder einen CrC4-Alkylrest darstellt und R, und R2 unabhängig voneinander CrC6-Alkylreste darstellen und x = 0 oder 1 ist;
d)
(I d)
wobei R ein Wasserstoffatom oder einen C C4-Alkylrest darstellt und R, einen C C6-Alkylrest darstellt und x = 0 oder 1 ist;
e)
wobei R ein Wasserstoffatom oder einen CrC4-Alkylrest darstellt und R! ein Wasserstoffatom oder einen CrC6-Alkylrest darstellt und x = 0 oder 1 ist und n = 3 oder 4 ist;
)
wobei R] ein n-Butylrest ist und R2 ein Wasserstoffatom oder einen CrC6-Alkylrest darstellt;
g)
wobei:
X, Y und Z unabhängig voneinander einen Rest -OR mit R = CrC6- Alkyl darstellen; oder aber
X und Y unabhängig voneinander einen Rest -OR mit R = -C6- Alkyl darstellen und Z einen Rest -N(R)2 mit R = C,-C6- Alkyl darstellt; oder aber X einen Rest -OR mit R = C,-C6- Alkyl darstellt und Y und Z unabhängig voneinander einen Rest -N(R)2 mit R = C C6- Alkyl darstellen; oder aber X,Y und Z unabhängig voneinander einen Rest -N(R)2 mit R = C C6-
Alkyl darstellen.
. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrostrukturregler und/oder Randomizer aus der Gruppe der folgenden Verbindungen gemäß Anspruch 1 ausgewählt wird:
• Verbindung(en) der allgemeinen Formel (I a) mit R,, R2 = Methyl; R3, R4= H und R5 = CrC4-Alkylrest
• Verbindung(en) der allgemeinen Formel (I b) mit x = 0 und R = H und Rb R2 = Methyl oder Ethyl
• Verbindung(en) der allgemeinen Formel (I c) mit x = 0 und R = H und R R2 = Methyl oder Ethyl
• Verbindung(en) der allgemeinen Formel (I d) mit x = 0 und R = H und R,= Methyl oder Ethyl
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrostrukturregler und/oder Randomizer ausgewählt wird aus der Gruppe von l-Ethoxy-2-dimethylaminoethan, l-Propoxy-2-dimethyl- aminoethan, 2-Dimethylaminomethyl- 1,3 -dioxolan, 2-Ethoxymethyl-
1,3-dioxolan, Dimethyl-(2-ethoxymethyl-l,3-dioxolanethyl)amin und 1- Ethoxy-2-n-butoxyethan.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich Alkoholate mit der allgemeinen Formel MOR, wobei
M ein Alkalimetall, vorzugsweise Natrium oder Kalium, und R eine Al- kylgruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen darstellt, einsetzt, insbesondere wobei das Molverhältnis von Mikrostrukturregler(n) und/oder Randomi- zer(n) zu Alkoholat im Bereich von 1 :0,1 bis 1 : 1 liegen kann.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur anionischen Polymerisation von mindestens zwei Monomeren aus der Gruppe von Butadien, Isopren und Styrol.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man folgende Monomergemische einsetzt, wobei sich die Prozentangaben jeweils auf das Gewicht des Gesamtgemisches beziehen:
• Gemisch aus Isopren und bis zu 75 % Butadien; • Gemisch aus Isopren und bis zu 45 % Styrol;
• Gemisch aus Butadien und bis zu 45 % Styrol;
• Gemisch aus 15 bis 75 % Butadien, 20 bis 85 % Isopren und bis zu 45 % Styrol.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostrukturregler und/oder Randomizer einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostrukturregler und/oder Randomizer zu Beginn der Polymerisation zugegeben werden oder aber die Mikrostrukturregler und/ oder Randomizer über den Verlauf der Polymerisation dosiert zugegeben werden, insbesondere wobei eine zwei- bis dreimalige Dosierung beson- ders bevorzugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Mikrostrukturregler(n) und/oder Randomi- zer(n) zu Initiator(en) im Bereich von 0,5:1 bis 15:1; insbesondere 0,1 :1 bis 5: 1, liegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Polymerisationsansatz, vorzugsweise zu Ende der Reaktion, ein Kupplungsmittel zusetzt, wobei das Kupplungsmittel insbesonde- re ein Di- oder Trivinylbenzol oder Siliciumtetrachlorid sein kann.
1 1. Polymerisate, herstellbar gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10.
12. Verwendung der gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 erhältlichen Polymerisate zur Herstellung von Dämpfungsmaterialien, Reifen und Reifenbauteilen, wie Reifenlauf lächen oder -seitenwänden.
13. Verwendung der gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 erhältlichen Polymerisate zur Herstellung von technischen Gummiartikeln.
14. Verwendung der gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 erhältlichen Polymerisate zur Modifizierung von Kunststoffen.
15. Verwendung von Mikrostmkturregler(n) und/oder Randomizer(n), wie in den Ansprüchen 1 bis 3 definiert, zur Herstellung von Polymeren auf Basis von konjugierten Dienen und gegebenenfalls monovinylaromatischen Verbindungen.
16. Verwendung von Mikrostrukturregler(n) und/oder Randomizer(n), wie in den Ansprüchen 1 bis 3 definiert, für die anionische Polymerisation, insbesondere für die anionische Polymerisation von mindestens zwei
Monomeren aus der Gruppe von Butadien, Isopren und Styrol.
17. Dämpfungsmaterialien, Reifen und Reifenbauteile, wie Reifenlaufflächen oder -seitenwände, sowie technische Gummiartikel, hergestellt auf Basis von gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 erhältlichen Polymerisaten.
18. Verbindungen der allgemeinen Formeln (I c) und (I d), wie in den Ansprüchen 1 bis 3 definiert, insbesondere für die anionische Polymerisati- on.
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