EP1633789A1 - Rubber-type hydrogenated vinyl polybutadienes - Google Patents

Rubber-type hydrogenated vinyl polybutadienes

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Publication number
EP1633789A1
EP1633789A1 EP04733789A EP04733789A EP1633789A1 EP 1633789 A1 EP1633789 A1 EP 1633789A1 EP 04733789 A EP04733789 A EP 04733789A EP 04733789 A EP04733789 A EP 04733789A EP 1633789 A1 EP1633789 A1 EP 1633789A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vinyl
hydrogenation
units
formula
polybutadienes
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Withdrawn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
EP04733789A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Cristina Stere
Werner Obrecht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanxess Deutschland GmbH
Original Assignee
Lanxess Deutschland GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanxess Deutschland GmbH filed Critical Lanxess Deutschland GmbH
Publication of EP1633789A1 publication Critical patent/EP1633789A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C1/00Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08CTREATMENT OR CHEMICAL MODIFICATION OF RUBBERS
    • C08C19/00Chemical modification of rubber
    • C08C19/02Hydrogenation

Definitions

  • Hydrogenated polybutadienes with a high vinyl content of 85 to 100% are known from European patent application EP-A 0 024 315.
  • the hydrogenated vinyl-polybutadienes described there are distinguished by a high ozone resistance, but have the disadvantage that the elasticity of the products at lower temperatures leaves something to be desired due to the higher glass transition temperatures and melting enthalpies.
  • US Pat. No. 4,025,478 discloses hot melt adhesive preparations based on hydrogenated vinyl polybutadiene, the vinyl content of which is 50 to 95%, the vinyl content being able to be adjusted to a double bond content of less than 15%, preferably less than 10%, by hydrogenation.
  • the hydrogenated vinyl polybutadienes must have a Mooney viscosity of ⁇ 10.
  • lubricant compositions which, inter alia, contain a hydrogenated polybutadiene as a component in a smaller amount, the has a weight in the range of 20,000 to 300,000 and has a vinyl content of 65 to 85%. The degree of hydrogenation of these products is 75 to 100%.
  • the hydrogenated vinyl polybutadienes should have a certain molecular weight range which is generally from 30,000 to 200,000.
  • these molecular weights or the associated Mooney viscosities are too low to obtain tires or tire components with good physical properties.
  • the present invention therefore relates to hydrogenated vinyl polybutadienes with degrees of hydrogenation of 20 to 100%, Mooney viscosities in the range from 10 to 150 Mooney units (ML 1 + 4/100 ° C.), glass transition temperatures (T g ) of ⁇ - 57 ° C and enthalpy of fusion ( ⁇ H) ⁇ 30 J / g, which have a microstructure of
  • Preferred according to the invention are hydrogenated vinyl polybuatienes which have a degree of hydrogenation of 20 to 100% and Mooney viscosities in the range from 10 to 150, glass transition temperatures of ⁇ -80 ° C. and melting enthalpies of 0 to 30 J / g and have a microstructure of
  • the molecular weight ratio M w / M n has values in the range from 1 to 20, preferably 1 to 10.
  • the hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention of the above-mentioned specification are obtained in a known manner by hydrogenation of corresponding vinyl polybutadienes which have a vinyl content of 40 to 64, preferably 45 to 60% by weight and a 1,4-butenyl content of 36 to 60, preferably 40 to 55% by weight.
  • the suitable selection of the initiators for the polymerization, of the solvent, of the molecular weight regulator and of the reagents for adjusting the vinyl content can give vinyl-polybutadienes which have the aforementioned vinyl content and butenyl content and a glass transition temperature of ⁇ -80 ° C., preferably ⁇ -90 ° C, enthalpies of fusion from 0 to 40 J / g, preferably 0 to 30 J / g and Mooney viscosities ML1 + 4 (100 ° C) from 10 to 150 Mooney units, preferably 10 to 120 Mooney units.
  • the polymerization reaction is carried out under inert conditions (exclusion of water, oxygen and carbon dioxide) in order to avoid deactivation of the initiator and / or of the living polymers.
  • the polymerization is stopped by additives such as water, alcohols, phenols and / or acids.
  • additives such as water, alcohols, phenols and / or acids.
  • the polymerization is preferably not stopped, since the amount of hydrogenation catalyst required can be minimized in this way.
  • Unreacted monomer is removed from the reaction mixture before the hydrogenation reaction.
  • the hydrogenation is carried out “in situ”, it is preferred not to use water vapor for this, but rather to “flash” unreacted butadiene without first cooling the reaction mixture.
  • the hydrogenation of the vinyl polybutadiene obtained was also carried out in a known manner using the known hydrogenation catalysts.
  • the catalysts are known to the person skilled in the art and are described for example in US-A 3113986, US-A 3333024, US-A 3700633, US-A 4107236, US-A 3700633, US-A 3595942, 4028485, 3135716, 3150209, 3496154, 3498960, 4145298, 4238202, 3231635, 3265765, 3322856, 5030779, 3541064, 3644588, FR-A 1581146, 2393608, WO-A 9314130.
  • the hydrogenation is preferably carried out with a nickel salt in combination with an aluminum alkyl (see here e.g. EP-A 1 258 498).
  • Ni-n-octanoate Ni-acetylacetonate, Ni-2-ethylhexanoate and / or Ni-versatate.
  • Aluminum alkyls are, for example: triisobutyl aluminum, trimethyl aluminum, Triethyl aluminum and / or tri-n-propyl aluminum. Triethyl aluminum and Ni-n-octanoate are preferred.
  • the hydrogenation is carried out at temperatures of approximately 50 to 120 ° C. and a hydrogenation pressure of approximately 1 atm to 100 atm.
  • the hydrogenation catalyst - in the present case nickel salt in combination with an aluminum alkyl - is removed from the hydrogenation solution by treating the hydrogenation solution with a suitable complexing agent and an oxidizing agent.
  • the nickel formed during the hydrogenation of the vinyl polybutadiene is oxidized and brought into a soluble form with the complexing agent.
  • the resulting nickel complex is then washed out of the hydrogenation solution with water.
  • Nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, oxalic acid and or or citric acid, preferably citric acid, are suitable as complexing agents for the nickel formed.
  • the amount of complexing agents is approximately 0.01 g to 3 g, based on 100 g of polymer.
  • the amount of nickel remaining in the polymer depends, among other things. on the amount of catalyst used, the concentration of the polymer solution, the oxidizing agent and the type and amount of the complexing agent.
  • Both air and pure oxygen can serve as the oxidizing agent.
  • additives such as anti-aging agents or vulcanization aids or stretching oils
  • the known additives are used in the usual amounts for this.
  • the amount of the additives depends on the intended use of the hydrogenated vinyl-polybutadienes obtained.
  • BR polybutadiene
  • SBR Styrene / butadiene rubber
  • DR butyl rubber
  • EPM and EPDM hydrogenated nitrile rubber
  • HNBR hydrogenated nitrile rubber
  • CR polychloroprene
  • NBR nitrile rubber
  • BVM Ethylene / vinyl acetate copolymers
  • CM and CSM chlorinated or chlorosulfonated polyethylene
  • the respective mixing ratio of the rubbers to one another can easily be determined by preliminary tests and depends on the later intended use of the hydrogenated vinyl-polybutadienes according to the invention.
  • Another object of the present invention is the use of the hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention with the physical properties and microstructure described above for the production of moldings of all kinds, in particular for the production of tires and tire components such as tire treads and tire sidewalls.
  • technical rubber articles e.g. Hoses and sealing rings are made from the elastic, hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention.
  • the hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention can also be mixed with thermoplastics or thermosets, for example to increase the impact resistance of these polymers.
  • the thermoplastics used for this are: styrene / acrylonitrile copolymers, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate; Polyoxymethylene, polystyrene, polycarbonate and polyvinyl chloride.
  • the following thermosets can be used: Unsaturated polyester resins, epoxy resins as well as phenol / formaldehyde and melamine / formaldehyde resins.
  • thermoplastics to the hydrogenated vinyl polybutadienes used also depends on the later intended use of these thermoplastics. It can therefore easily be determined by appropriate preliminary tests. - ⁇ -
  • the polymerization of butadiene is carried out using n-butyllithium as the polymerization catalyst and cyclohexane as the solvent.
  • the vinyl contents are adjusted by adding tetramethylethylenediamine (TMEDA) and t-butoxyethoxyethane (BEE) and by varying the polymerization temperature.
  • TMEDA tetramethylethylenediamine
  • BEE t-butoxyethoxyethane
  • the polymerizations were carried out in a 1.7 liter steel reactor. For this purpose, 2/3 of the empty reactor was filled with dry cyclohexane under protective gas. Then butadiene was metered in and a butadiene concentration of 12 to 13% by weight in cyclohexane was set.
  • the vinyl content, the degree of hydrogenation and the remaining microstructure were determined by ⁇ -NMR spectroscopy in CDC1 3 .
  • Tg glass transition temperature
  • the vinyl content depends on the polymerization temperature and the molar ratio Bu-Li / TMEDA (Tab. 1) and the molar ratio BuLi / BEE (Tab. 2).
  • BuLi is the polymerization catalyst
  • c) the vinyl content is determined by ⁇ -NMR
  • b) polymerization temperature b) polymerization temperature.
  • Tg is the glass temperature determined by DSC.
  • the hydrogenation of vinyl polybutadiene was carried out using a hydrogenation catalyst based on Ni octanoate [Ni (Oct) 2 ] and triethyl aluminum (TEA).
  • the hydrogenation catalyst was preformed from Ni (Oct) 2 and TEA in a 25 ml Schlenck vessel under argon.
  • the Schlenk vessel was filled with 2-5 ml of dry cyclohexane, then 0.7-1.0 ml of TEA was added (corresponding to the amount of polymer present in the reactor).
  • a 10% solution of Ni (Oct) 2 in cyclohexane was added dropwise at about 15 ° C. while stirring and cooling.
  • the catalyst solution was freshly prepared in each case and used immediately after the preparation.
  • the vinyl polybutadiene was isolated from the solution, as described above, after the end of the polymerization, an aliquot was characterized and the remaining amount of the vinyl polybutadiene was dissolved and hydrogenated in cyclohexane.
  • Vulkanox BKF A solution of Vulkanox BKF is added to the samples, as described for the production of vinyl-polybutadiene samples, ethanol precipitated, dried and characterized.
  • the hydrogenation was complete after about 2 hours, recognizable from the fact that the polymer solution no longer absorbed hydrogen.
  • the amount of residual hydrogen remaining in the reactor and in the polymer solution was removed by introducing argon to a pressure of 3 bar and then releasing the pressure, this procedure being repeated three times.
  • the degrees of hydrogenation were determined by H-NMR.
  • the samples were also characterized by means of DSC in order to determine glass transition temperatures (Tg), melting temperatures (Tm) and melting enthalpies (DH).
  • BuLi is the polymerization catalyst
  • the vinyl content is determined by -NMR c) polymerization temperature.
  • Tg (DSC) is the glass temperature determined with DSC.
  • the catalyst is preformed in a separate Schlenck vessel.
  • TEA is introduced as a 5 M solution in cyclohexane, then Ni (Oct) 2 is added dropwise within 1 A hour.
  • Ni (Oct) 2 is added dropwise within 1 A hour.
  • the preformed catalyst is then added to the hydrogenation reactor.
  • the hydrogenation catalyst is produced in the hydrogenation reactor without separate preforming.
  • the catalyst components TEA, Ni (Oct) 2 are gradually added directly to the hydrogenation reactor after every 10 minutes.

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Abstract

Disclosed are hydrogenated vinyl polybutadienes having a degree of hydrogenation ranging between 20 and 100 percent, Mooney viscosities ranging between 10 and 150 Mooney units (ML 1+4/100°C), glass transition temperatures (Tg) = -57 °C, and melting enthalpies (DeltaH) = 30 J/g. The inventive hydrogenated vinyl polybutadienes are provided with a microstructure comprising a) 0 to 44 percent by weight of 1,2-vinyl butadiene units of formula (I); b) 20 to 64 percent by weight of 1,2-butylene units of formula (II); c) 0 to 60 percent by weight of 1,4-butenylene units of formula (III); and d) 0 to 60 percent by weight of 1,4-butylene units of formula (IV). Said hydrogenated vinyl polybutadienes are excellent for producing all types of molded rubber bodies, especially for producing technical rubber articles, tires, and tire components. The molded rubber bodies produced from the inventive hydrogenated vinyl polybutadienes show good resistance to aging and good elasticity at low temperatures.

Description

Kautschukartige hydrierte Vinyl-PolybutadieneRubbery hydrogenated vinyl polybutadienes
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind kautschukartige hydrierte Vinyl-Polybutadiene mit Hydriergraden von 20 bis 100 %, die durch Hydrierung von Vinyl-Polybutadienen in bekannter Weise hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen hydrierten Vinyl-Polybutadiene zeichnen sich durch niedrige Glasubergangstemperaturen und durch geringe Schmelzenthalpien aus. Die erfindungsgemäßen hydrierten Vinyl-Polybutadiene sind sehr alterungsbeständig und besitzen eine hohe Elastizität selbst bei niedrigen Temperaturen. Sie eigenen sich daher hervorragend zur Herstellung von Kautschukformkörpern aller Art, wie technische Gummiartikel sowie Reifen und Reifenbauteile, bei denen eine gute Alterungsbestandigkeit und eine gute Elastizität bei niedrigen Temperaturen gefordert werden sowie für die Kautschukmodifikation von Thermoplasten und Duroplasten.The present invention relates to rubber-like hydrogenated vinyl polybutadienes with degrees of hydrogenation of 20 to 100%, which are prepared in a known manner by hydrogenation of vinyl polybutadienes. The hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention are distinguished by low glass transition temperatures and by low melting enthalpies. The hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention are very resistant to aging and have a high elasticity even at low temperatures. They are therefore outstandingly suitable for the production of all kinds of rubber moldings, such as technical rubber articles as well as tires and tire components that require good aging resistance and good elasticity at low temperatures, and for the rubber modification of thermoplastics and thermosets.
Aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A 0 024 315 sind hydrierte Polybutadiene mit einem hohen Vinylgehalt von 85 bis 100 % bekannt. Die dort beschriebenen hydrierten Vinyl-Polybutadiene zeichnen sich durch eine hohe Ozonbeständigkeit aus, haben aber den Nachteil, dass aufgrund der höheren Glastemperaturen und Schmelzenthalpien die Elastizität der Produkte bei niedrigeren Temperaturen zu wünschen übrig lässt.Hydrogenated polybutadienes with a high vinyl content of 85 to 100% are known from European patent application EP-A 0 024 315. The hydrogenated vinyl-polybutadienes described there are distinguished by a high ozone resistance, but have the disadvantage that the elasticity of the products at lower temperatures leaves something to be desired due to the higher glass transition temperatures and melting enthalpies.
Weiterhin sind aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A 1 258 498 hydrierte Polybutadiene mit einem Vinylgehalt von > 20 Gew.-% und weniger als 40 Gew.-% und einem Hydrierungsgrad von 85 und größer bekannt. Die dort beschriebenen hydrierten Polymere besitzen einen hohen Kristallisationsgrad mit guten mechanischen Eigenschaften und guter Wärme- sowie Wetterbeständigkeit, haben aber den Nachteil, dass die Elastizität aufgrund des hohen Kristallcharakters insbesondere bei tiefen Temperaturen zu wünschen übrig lässt.Furthermore, hydrogenated polybutadienes with a vinyl content of> 20% by weight and less than 40% by weight and a degree of hydrogenation of 85 and greater are known from European patent application EP-A 1 258 498. The hydrogenated polymers described there have a high degree of crystallization with good mechanical properties and good heat and weather resistance, but have the disadvantage that the elasticity, due to the high crystal character, leaves something to be desired, particularly at low temperatures.
Aus der US-Patentschrift 4 025 478 sind Schmelzkleberzubereitungen auf Basis von hydriertem Vinyl-Polybutadien bekannt, dessen Vinylgehalt bei 50 bis 95 % liegt, wobei der Vinylanteil durch Hydrierung auf einen Doppelbindungsgehalt von unter 15 %, bevorzugt unter 10 %, eingestellt werden kann. Um für die Schmelzkleberzubereitung geeignet zu sein, müssen die hydrierten Vinyl- Polybutadiene eine Mooney-Viskosität von < 10 aufweisen.US Pat. No. 4,025,478 discloses hot melt adhesive preparations based on hydrogenated vinyl polybutadiene, the vinyl content of which is 50 to 95%, the vinyl content being able to be adjusted to a double bond content of less than 15%, preferably less than 10%, by hydrogenation. In order to be suitable for the hot melt adhesive preparation, the hydrogenated vinyl polybutadienes must have a Mooney viscosity of <10.
Der Einfluss der Mooney-Viskosität wird in den Beispielen der genannten US-Patentschrift, Tabelle 1 und Tabelle 2, diskutiert, wo als Vergleich ein praktisch voll hydriertes Vinyl-Polybuta- dien vorgestellt wird, das eine Mooney-Viskosität von 27 besitzt.The influence of the Mooney viscosity is discussed in the examples of the aforementioned US patent, Table 1 and Table 2, where a practically fully hydrogenated vinyl polybutadiene which has a Mooney viscosity of 27 is presented as a comparison.
In der US-Patentschrift 3 959 161 sind Schmiermittelzusammensetzungen beschrieben, die u.a. als eine Komponente in geringerer Menge ein hydriertes Polybutadien besitzen, das Molekularge- wichte im Bereich von 20.000 bis 300.000 aufweist und einen Vinylgehalt von 65 bis 85 % hat. Der Hydrierungsgrad dieser Produkte liegt bei 75 bis 100 %. Um als Additiv in Schmiermittelzusammensetzungen wirksam sein zu können und den Viskositätsindex dieser Schmiermittelzusammensetzungen, die im wesentlichen aus Schmieröl bestehen, verbessern zu können, sollen die hydrierten Vinyl-Polybutadiene einen bestimmten Molekulargewichtsbereich aufweisen, der im Allgemeinen bei 30.000 bis 200.000 liegt. Für eine Anwendung dieser hydrierten Polymere, beispielsweise zur Herstellung von Reifen oder Reifenbauteile, sind diese Molekulargewichte bzw. die damit zusammenhängenden Mooney-Viskositäten zu gering, um Reifen bzw. Reifenbauteile mit guten physikalischen Eigenschaften zu erhalten.US Pat. No. 3,959,161 describes lubricant compositions which, inter alia, contain a hydrogenated polybutadiene as a component in a smaller amount, the has a weight in the range of 20,000 to 300,000 and has a vinyl content of 65 to 85%. The degree of hydrogenation of these products is 75 to 100%. In order to be effective as an additive in lubricant compositions and to be able to improve the viscosity index of these lubricant compositions, which consist essentially of lubricating oil, the hydrogenated vinyl polybutadienes should have a certain molecular weight range which is generally from 30,000 to 200,000. For an application of these hydrogenated polymers, for example for the production of tires or tire components, these molecular weights or the associated Mooney viscosities are too low to obtain tires or tire components with good physical properties.
Aus der US-Patentschrift 5 405 911 sind hydrierte Polybutadiene bekannt, die einen Vinylgehalt von 30 bis 70 % besitzen und darüber hinaus endständige funktionelle Gruppen, wie Hydroxylgruppen, aufweisen. Durch die End-Funktionalisierung beispielsweise mit Hydroxylgruppen werden bei den gegebenen Vinylgehalten und dem gegebenen Hydriergrad von über 90 % Produkte mit einer vergleichsweise geringen Viskosität erhalten. Diese Produkte eignen sich insbesondere als Überzugsmassen, Dichtungsmassen und Bindemittel. Eine Anwendung für feste Kautschukformkörper, z.B. für Reifen bzw. Reifenbauteile, wird nicht beschrieben.From US Pat. No. 5,405,911, hydrogenated polybutadienes are known which have a vinyl content of 30 to 70% and also have terminal functional groups, such as hydroxyl groups. The end functionalization, for example with hydroxyl groups, gives products with a comparatively low viscosity at the given vinyl contents and the given degree of hydrogenation of over 90%. These products are particularly suitable as coatings, sealants and binders. An application for solid rubber moldings, e.g. for tires or tire components, is not described.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, hydrierte Poly-Vinylbutadiene zur Verfügung zu stellen, die sich zur Herstellung von festen Formkörpern aller Art, insbesondere zur Herstellung von Reifen und Reifenbauteilen eignen, die eine hohe Resistenz gegen Sauerstoff und Ozon besitzen und bei niedrigen Temperaturen eine hohe Elastizität aufweisen. Außerdem eignen sich die erfindungsgemäßen hydrierten Poly-Vinylbutadiene zur Verbesserung der Schlagzähigkeit von Thermoplasten, wenn diese mit den erfindungsgemäßen hydrierten Poly-Vinylbutadienen abgemischt werden.It was an object of the present invention to provide hydrogenated polyvinyl butadienes which are suitable for the production of all kinds of solid moldings, in particular for the production of tires and tire components which have a high resistance to oxygen and ozone and a at low temperatures have high elasticity. In addition, the hydrogenated polyvinyl butadienes according to the invention are suitable for improving the impact resistance of thermoplastics when they are mixed with the hydrogenated poly vinyl butadienes according to the invention.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher hydrierte Vinyl-Polybutadiene mit Hydriergraden von 20 bis 100 %, Mooney-Viskositäten im Bereich von 10 bis 150 Mooney- Einheiten (ML l+4/100°C), Glasubergangstemperaturen (Tg) von < - 57°C und Schmelzenthalpien (ΔH) < 30 J/g, die eine MikroStruktur aufweisen vonThe present invention therefore relates to hydrogenated vinyl polybutadienes with degrees of hydrogenation of 20 to 100%, Mooney viscosities in the range from 10 to 150 Mooney units (ML 1 + 4/100 ° C.), glass transition temperatures (T g ) of <- 57 ° C and enthalpy of fusion (ΔH) <30 J / g, which have a microstructure of
a) 0 bis 44 Gew.-% Vinyl-Ethylen-Einheiten der Formela) 0 to 44 wt .-% vinyl ethylene units of the formula
b) 20 bis 64 Gew.-% 1,2-Butylen-Einheiten der Formel b) 20 to 64 wt .-% 1,2-butylene units of the formula
c) 0 bis 60 Gew.-% 1,4-Butenyl-Einheiten der Formelc) 0 to 60 wt .-% 1,4-butenyl units of the formula
-CH— CH=CH — CH^-CH— CH = CH - CH ^
undand
d) 0 bis 60 Gew.-% 1,4-Butylen-Einheiten der Formeld) 0 to 60% by weight of 1,4-butylene units of the formula
Ausgenommen von den erfindungsgemäßen hydrierten Vinyl-Polybutadienen ist gemäß der US- Patentschrift 4 025 478 ein hydriertes Vinyl-Polybutadien mit einem Transgehalt von 4,7 %, einem Vinylgehalt von 0,2 %, einer Mooney-Viskosität von 27 und einem Molekulargewichtsverhältnis Mw/Mn x 10"3 von 291/96, wie in Tabelle 1 unter Nr. 3 offenbart.An exception to the hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention is a hydrogenated vinyl polybutadiene with a trans content of 4.7%, a vinyl content of 0.2%, a Mooney viscosity of 27 and a molecular weight ratio M w according to US Pat. No. 4,025,478 / M n x 10 "3 of 291/96 as disclosed in Table 1 under No. 3.
Bevorzugt sind erfindungsgemäß hydrierte Vinyl-Polybuatdiene, die einen Hydriergrad von 20 bis 100 % aufweisen und Mooney-Viskositäten im Bereich von 10 bis 150, Glasubergangstemperaturen von < -80°C und Schmelzenthalpien von 0 bis 30 J/g besitzen und eine MikroStruktur aufweisen vonPreferred according to the invention are hydrogenated vinyl polybuatienes which have a degree of hydrogenation of 20 to 100% and Mooney viscosities in the range from 10 to 150, glass transition temperatures of <-80 ° C. and melting enthalpies of 0 to 30 J / g and have a microstructure of
a) 0 bis 25 % an Vinyl-Ethylen, b) 20 bis 45 % an 1,2-Butylen-Einheiten, c) 0 bis 55 % an 1,4-Butenylen-Einheiten und d) 0 bis 55 % an 1,4-Butylen-Einheiten.a) 0 to 25% of vinyl ethylene, b) 20 to 45% of 1,2-butylene units, c) 0 to 55% of 1,4-butenylene units and d) 0 to 55% of 1, 4-butylene units.
Die erfindungsgemäßen hydrierten Vinyl-Polybutadiene besitzen Molekulargewichte (Mn) im Bereich von 20.000 bis 500.000, bevorzugt 60.000 bis 300.000.The hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention have molecular weights (Mn) in the range from 20,000 to 500,000, preferably 60,000 to 300,000.
Das Molekulargewichtsverhältnis Mw/Mn besitzt Werte im Bereich von 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 10. Die erfindungsgemäßen hydrierten Vinyl-Polybutadiene der oben erwähnten Spezifikation werden in bekannter Weise erhalten durch Hydrierung von entsprechenden Vinyl-Polybutadienen, die einen Vinylgehalt von 40 bis 64, bevorzugt 45 bis 60 Gew.-% und einen Gehalt an 1,4-Butenyl von 36 bis 60, bevorzugt 40 bis 55 Gew.-%, besitzen.The molecular weight ratio M w / M n has values in the range from 1 to 20, preferably 1 to 10. The hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention of the above-mentioned specification are obtained in a known manner by hydrogenation of corresponding vinyl polybutadienes which have a vinyl content of 40 to 64, preferably 45 to 60% by weight and a 1,4-butenyl content of 36 to 60, preferably 40 to 55% by weight.
Die als Ausgangsprodukte für die Hydrierung sich eignenden Vinyl-Polybutadiene werden in bekannter Weise durch Ziegler-Natta Polymerisation oder durch ionische Polymerisation in dafür geeigneten Lösungsmitteln und unter Zusatz von bekannten Reagenzien zur Einstellung des Vinylgehaltes sowie durch Zusatz entsprechender Regler und Kopplungsmittel zur Einstellung des Molekulargewichts und der Molekulargewichtsverteilung hergestellt.The vinyl polybutadienes suitable as starting products for the hydrogenation are known in a known manner by Ziegler-Natta polymerization or by ionic polymerization in suitable solvents and with the addition of known reagents for adjusting the vinyl content and by adding appropriate regulators and coupling agents for adjusting the molecular weight and the molecular weight distribution.
Die Herstellung der Vinyl-Polybutadiene als Ausgangsprodukte für die nachfolgende Hydrierung wird beispielsweise in folgender Literatur näher beschrieben: H.L.Hsieh und R.Quirk „Anionic Polymerisation, Principles and Practical Applications" Marcel Dekker Inc. New York, Basel, 1966, Seiten 197-235.The preparation of the vinyl polybutadienes as starting products for the subsequent hydrogenation is described in more detail, for example, in the following literature: HLHsieh and R. Quirk "Anionic Polymerization, Principles and Practical Applications" Marcel Dekker Inc. New York, Basel, 1966, pages 197-235 ,
Durch die geeignete Auswahl der Initiatoren für die Polymerisation, des Lösungsmittels, des Molekulargewichtsreglers und der Reagenzien zur Einstellung des Vinylgehaltes können Vinyl- Polybutadiene erhalten werden, die den zuvor genannten Vinylgehalt und Butenyl-Gehalt besitzen sowie eine Glasübergangstemperatur von <- 80°C, bevorzugt <-90°C, Schmelzenthalpien von 0 bis 40 J/g, bevorzugt 0 bis 30 J/g sowie Mooney-Viskositäten ML1+4 (100°C) von 10 bis 150 Mooney-Einheiten, bevorzugt 10 bis 120 Mooney-Einheiten.The suitable selection of the initiators for the polymerization, of the solvent, of the molecular weight regulator and of the reagents for adjusting the vinyl content can give vinyl-polybutadienes which have the aforementioned vinyl content and butenyl content and a glass transition temperature of <-80 ° C., preferably <-90 ° C, enthalpies of fusion from 0 to 40 J / g, preferably 0 to 30 J / g and Mooney viscosities ML1 + 4 (100 ° C) from 10 to 150 Mooney units, preferably 10 to 120 Mooney units.
Eine bevorzugte Ausführungsform zur Herstellung von Vinyl-Polybutadienen mit den oben genannten physikalischen Parametern wird beispielsweise bewerkstelligt durch die Polymerisation von Butadien in Gegenwart von Butyllithium als Initiator und in Gegenwart von Cyclohexan als Lösungsmittel. Die Menge an eingesetztem Initiator beträgt dabei etwa 0,05 bis 250 Milli- äquivalente an Metall, bezogen auf 100 g eingesetztes Butadien.A preferred embodiment for the production of vinyl polybutadienes with the above-mentioned physical parameters is accomplished, for example, by the polymerization of butadiene in the presence of butyllithium as the initiator and in the presence of cyclohexane as the solvent. The amount of initiator used is about 0.05 to 250 milliequivalents of metal, based on 100 g of butadiene used.
Da der bei der anionischen Polymerisation von Butadien in hierfür geeigneten inerten unpolaren Lösungsmitteln (z.B. Hexan, Cyclohexan) sich einstellende Vinylgehalt von ca. 10 bis 12 % für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polymere nicht ausreichend ist, ist es erforderlich die gewünschten Vinylgehalte durch den Zusatz von geeigneten Additiven oder Rendomizer einzustellen. Die geeigneten Additive bzw. Randomizer sind ebenfalls bekannt. Zu erwähnen sind beispielsweise aminische Verbindungen (z.B. US-A 3 985 829), Ether oder die Alkoholate von Alkalimetallen. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang z.B. auf DE-A 10 217 800. Die Reagenzien zur Einstellung des Vinylgehaltes werden üblicherweise in Molarverhältnissen von 1:1 bis 80:1, bevorzugt 1:1 bis 40:1 (Additiv/Initiator), eingesetzt.Since the vinyl content of approx. 10 to 12% which occurs in the anionic polymerization of butadiene in suitable nonpolar solvents (for example hexane, cyclohexane) is not sufficient for the preparation of the polymers according to the invention, it is necessary to add the desired vinyl content suitable additives or rendomizers. The suitable additives or randomizers are also known. Examples include amine compounds (eg US Pat. No. 3,985,829), ethers or the alcoholates of alkali metals. In this connection, reference is made, for example, to DE-A 10 217 800. The reagents for adjusting the vinyl content are usually used in molar ratios of 1: 1 to 80: 1, preferably 1: 1 to 40: 1 (additive / initiator).
Für die Einstellung des Molekulargewichts und der Molgewichtsverteilung gibt man bei der Polymerisation entsprechende Regler und entsprechende Kopplungsmittel zu. Ein bevorzugter Regler ist 1,2-Butadien. Bevorzugte Koppler leiten sich von Silizium- und Zinn- Verbindungen ab und sind beispielsweise beschrieben in H.L.Hsieh und R.Quirk „Anionic Polymerization, Principles and Practical Applications" Marcel Dekker Inc. New York, Basel, 1966, Seiten 197- 235. Auch andere Koppleragenzien wie Multivinylverbindungen, z.B. Divinylbenzol, sind bekannt (z.B. US-A 4 107 236).To adjust the molecular weight and the molecular weight distribution, appropriate regulators and corresponding coupling agents are added during the polymerization. A preferred regulator is 1,2-butadiene. Preferred couplers are derived from silicon and tin compounds and are described, for example, in HLHsieh and R. Quirk "Anionic Polymerization, Principles and Practical Applications" Marcel Dekker Inc. New York, Basel, 1966, pages 197-235. Also others Coupling agents such as multivinyl compounds, for example divinylbenzene, are known (for example US Pat. No. 4,107,236).
Die Polymerisationsreaktion wird unter inerten Bedingungen (Ausschluss von Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxid) durchgeführt, um eine Deaktivierung des Initiators und/oder der lebenden Polymere zu vermeiden.The polymerization reaction is carried out under inert conditions (exclusion of water, oxygen and carbon dioxide) in order to avoid deactivation of the initiator and / or of the living polymers.
Üblich sind Polymerisationstemperaturen von ca. -30 bis 180°C und Reaktionszeiten von etwa 0,1 bis 10 Stunden. Die Polymerisation kann sowohl in batch-Weise als auch kontinuierlich durchgeführt werden. Der Druck bei der Polymerisation wird im Bereich von ca. 0,1 MPa bis 5 MPa eingestellt. Die Polymerisationsumsätze liegen bei ca. 50 bis 100 %.Polymerization temperatures of approximately -30 to 180 ° C. and reaction times of approximately 0.1 to 10 hours are common. The polymerization can be carried out either batchwise or continuously. The pressure during the polymerization is set in the range from approximately 0.1 MPa to 5 MPa. The polymerization conversions are around 50 to 100%.
Die Polymerisation wird durch Zusätze wie Wasser, Alkohole, Phenole und/oder Säuren gestoppt. Bei einer „in-situ-Hydrierung" stoppt man die Polymerisation vorzugsweise nicht ab, da auf diese Weise die notwendige Menge an Hydrierkatalysator minimiert werden kann.The polymerization is stopped by additives such as water, alcohols, phenols and / or acids. In the case of an “in situ hydrogenation”, the polymerization is preferably not stopped, since the amount of hydrogenation catalyst required can be minimized in this way.
Vor der Hydrierungsreaktion wird nicht umgesetztes Monomer aus dem Reaktionsgemisch entfernt. Bei einer „in-situ-Durchf hrung" der Hydrierung verwendet man hierfür vorzugsweise keinen Wasserdampf, sondern man "flasht" nicht umgesetztes Butadien ohne vorhergehende Abkühlung der Reaktionsmischung ab.Unreacted monomer is removed from the reaction mixture before the hydrogenation reaction. When the hydrogenation is carried out “in situ”, it is preferred not to use water vapor for this, but rather to “flash” unreacted butadiene without first cooling the reaction mixture.
Die Hydrierung des erhaltenen Vinyl-Polybutadiens erfolgte in ebenfalls bekannter Weise mit den bekannten Hydrier-Katalysatoren. Die Katalysatoren sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise beschrieben in US-A 3113986, US-A 3333024, US-A 3700633, US-A 4107236, US-A 3700633, US-A 3595942, 4028485, 3135716, 3150209, 3496154, 3498960, 4145298, 4238202, 3231635, 3265765, 3322856, 5030779, 3541064, 3644588, FR-A 1581146, 2393608, WO-A 9314130. In bevorzugter Weise wird die Hydrierung mit einem Nickel-Salz in Kombination mit einem Aluminium-Alkyl durchgeführt (siehe hierzu z.B. EP-A 1 258 498).The hydrogenation of the vinyl polybutadiene obtained was also carried out in a known manner using the known hydrogenation catalysts. The catalysts are known to the person skilled in the art and are described for example in US-A 3113986, US-A 3333024, US-A 3700633, US-A 4107236, US-A 3700633, US-A 3595942, 4028485, 3135716, 3150209, 3496154, 3498960, 4145298, 4238202, 3231635, 3265765, 3322856, 5030779, 3541064, 3644588, FR-A 1581146, 2393608, WO-A 9314130. The hydrogenation is preferably carried out with a nickel salt in combination with an aluminum alkyl (see here e.g. EP-A 1 258 498).
Als Nickelsalze kommen u.a. in Frage: Ni-n-Octanoat, Ni-acetylacetonat, Ni-2-Ethylhexanoat und/oder Ni-Versatat. Aluminiumalkyle sind z.B.: Triisobutylaluminium, Trimethylaluminium, Triethylaluminium und/oder Tri-n-Propylaluminium. Bevorzugt sind Triethylaluminium und Ni-n- Octanoat.Possible nickel salts include: Ni-n-octanoate, Ni-acetylacetonate, Ni-2-ethylhexanoate and / or Ni-versatate. Aluminum alkyls are, for example: triisobutyl aluminum, trimethyl aluminum, Triethyl aluminum and / or tri-n-propyl aluminum. Triethyl aluminum and Ni-n-octanoate are preferred.
Das Molverhältnis von Al-Alkyl zu Ni-Salz beträgt ca. 1:1 bis 10:1, vorzugsweise 2:1 bis 5:1.The molar ratio of Al alkyl to Ni salt is approximately 1: 1 to 10: 1, preferably 2: 1 to 5: 1.
Für die Hydrierung setzt man üblicherweise 0,001 mol bis 0,05 mol Katalysator pro 100 g Vinyl- Polybutadien ein.For the hydrogenation, usually 0.001 mol to 0.05 mol of catalyst is used per 100 g of vinyl polybutadiene.
Die Hydrierung wird bei Temperaturen von ca. 50 bis 120°C durchgeführt bei einem Hydrierdruck von ca. 1 atm bis 100 atm .The hydrogenation is carried out at temperatures of approximately 50 to 120 ° C. and a hydrogenation pressure of approximately 1 atm to 100 atm.
Die Aufarbeitung der hydrierten Polymere erfolgt in üblicher Weise dadurch, dass man zunächst die Hydrierkatalysatoren in geeigneter Weise abtrennt und das Hydrierprodukt durch Entfernung des eingesetzten Lösungsmittels isoliert.The hydrogenated polymers are worked up in a customary manner by first separating off the hydrogenation catalysts in a suitable manner and isolating the hydrogenation product by removing the solvent used.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Hydrier-Katalysator - im vorliegendem Fall Nickelsalz in Kombination mit einem Aluminium- Alkyl - dadurch aus der Hydrierlösung entfernt, dass man die Hydrierlösung mit einem geeigneten Komplexbildner und einem Oxidationsmittel behandelt. Dabei wird das bei der Hydrierung des Vinylpolybutadiens entstandene Nickel oxidiert und mit dem Komplexbildner in eine lösliche Form gebracht. Anschließend wird der entstandene Nickelkomplex aus der Hydrierlösung mit Wasser ausgewaschen.In a preferred embodiment, the hydrogenation catalyst - in the present case nickel salt in combination with an aluminum alkyl - is removed from the hydrogenation solution by treating the hydrogenation solution with a suitable complexing agent and an oxidizing agent. The nickel formed during the hydrogenation of the vinyl polybutadiene is oxidized and brought into a soluble form with the complexing agent. The resulting nickel complex is then washed out of the hydrogenation solution with water.
In einer ganz bevorzugten Ausführungsform wird das Nickel aus der Hydrierlösung durch einen sogenannten Strippprozess entfernt. Dabei wird die Hydrierlösung mit einem Komplexbildner versetzt und unter oxidativen Bedingungen mit Wasserdampf gestrippt.In a very preferred embodiment, the nickel is removed from the hydrogenation solution by a so-called stripping process. A complexing agent is added to the hydrogenation solution and stripped with steam under oxidative conditions.
Als Komplexbildner für das entstandene Nickel eignet sich Nitrilotriessigsäure, Ethylendiamin- tetraessigsäure, Oxalsäure und oder Zitronensäure, bevorzugt Zitronensäure. Die Menge an Komplexbildnern beträgt ca. 0,01 g bis 3 g, bezogen auf 100 g Polymer.Nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, oxalic acid and or or citric acid, preferably citric acid, are suitable as complexing agents for the nickel formed. The amount of complexing agents is approximately 0.01 g to 3 g, based on 100 g of polymer.
Die im Polymeren verbleibende Nickelmenge hängt u.a. von der eingesetzten Katalysatormenge, der Konzentration der Polymerlösung, dem Oxidationsmittel und der Art und der Menge des Komplexbildners ab.The amount of nickel remaining in the polymer depends, among other things. on the amount of catalyst used, the concentration of the polymer solution, the oxidizing agent and the type and amount of the complexing agent.
Als Oxidationsmittel kann sowohl Luft als auch reiner Sauerstoff dienen.Both air and pure oxygen can serve as the oxidizing agent.
Es kann zweckmäßig sein vor der Aufarbeitung der Polymerlösung diese mit entsprechenden Additiven, wie Alterungsschutzmittel oder Vulkanisationshilfsmitteln oder Verstreckerölen, zu versetzen. Dabei werden die bekannten Additive in den hierfür üblichen Mengen eingesetzt. Die Menge der Additive richtet sich nach dem späteren Verwendungszweck der erhaltenen hydrierten Vinyl-Polybutadiene.It may be advisable to add appropriate additives, such as anti-aging agents or vulcanization aids or stretching oils, to the polymer solution before it is worked up. The known additives are used in the usual amounts for this. The The amount of the additives depends on the intended use of the hydrogenated vinyl-polybutadienes obtained.
Nachdem die Polymerlösung mit Wasserdampf gestrippt wurde bzw. mit Wasser gewaschen wurde, entsteht eine Dispersion von Kautschukkrümeln in Wasser. Die erhaltenen Kautschuk- krümel werden gewaschen, dann vom Wasser abgetrennt, anschließend in geeigneten Apparaturen getrocknet, bis auf einen Feuchtegehalt von etwa 1 bis 5 Gew.-%.After the polymer solution has been stripped with water vapor or washed with water, a dispersion of rubber crumbs is formed in water. The rubber crumbs obtained are washed, then separated from the water and then dried in suitable apparatus to a moisture content of about 1 to 5% by weight.
Selbstverständlich ist es möglich, die erhaltenen hydrierten Vinyl-Polybutadiene mit anderen Kautschuken abzumischen, beispielsweise mit Naturkautschuk sowie mit bekannten Synthesekautschuken, wie Polybutadien (BR); Styrol/Butadien-Kautschuk (SBR), Butylkautschuk (DR), Ethylen/Propylen-Kautschuk (EPM und EPDM), hydrisierten Nitrilkautschuk (HNBR), Poly- chloropren (CR), Nitrilkautschuk (NBR); Ethylen/Vinylacetat-Copolymere (BVM) und chloriertes bzw. chlorsulfoniertes Polyethylen (CM und CSM).It is of course possible to mix the hydrogenated vinyl polybutadienes obtained with other rubbers, for example with natural rubber and with known synthetic rubbers, such as polybutadiene (BR); Styrene / butadiene rubber (SBR), butyl rubber (DR), ethylene / propylene rubber (EPM and EPDM), hydrogenated nitrile rubber (HNBR), polychloroprene (CR), nitrile rubber (NBR); Ethylene / vinyl acetate copolymers (BVM) and chlorinated or chlorosulfonated polyethylene (CM and CSM).
Das jeweilige Mischungsverhältnis der Kautschuke untereinander kann dabei leicht durch Vorversuche ermittelt werden und richtet sich nach dem späteren Einsatzzweck der erfindungs- gemäßen hydrierten Vinyl-Polybutadiene.The respective mixing ratio of the rubbers to one another can easily be determined by preliminary tests and depends on the later intended use of the hydrogenated vinyl-polybutadienes according to the invention.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen hydrierten Vinyl-Polybutadiene mit den zuvor beschriebenen physikalischen Eigenschaften und der zuvor erwähnten MikroStruktur zur Herstellung von Formkörpern aller Art, insbesondere zur Herstellung von Reifen und Reifenbauteilen, wie Reifenlaufflächen und Reifenseitenwände. Darüber hinaus können auch technische Gummiartikel, z.B. Schläuche und Dichtungsringe, aus den erfindungsgemäßen elastischen hydrierten Vinyl-Polybutadienen hergestellt werden.Another object of the present invention is the use of the hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention with the physical properties and microstructure described above for the production of moldings of all kinds, in particular for the production of tires and tire components such as tire treads and tire sidewalls. In addition, technical rubber articles, e.g. Hoses and sealing rings are made from the elastic, hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention.
Außerdem können die erfindungsgemäßen hydrierten Vinyl-Polybutadiene noch mit Thermoplasten oder Duroplasten abgemischt werden, um beispielsweise die Schlagzähigkeit dieser Polymeren zu erhöhen. Beispielsweise können als Thermoplaste hierfür eingesetzt werden: Styrol/Acrylnitril-Copolymere, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat; Polyoxy- methylen, Polystyrol, Polycarbonat und Polyvinylchlorid. Folgende Duroplaste können eingesetzt werden: Ungesättigte Polyesterharze, Epoxidharze sowie Phenol/Formaldehyd sowie Melamin/Formaldehydharze.In addition, the hydrogenated vinyl polybutadienes according to the invention can also be mixed with thermoplastics or thermosets, for example to increase the impact resistance of these polymers. For example, the thermoplastics used for this are: styrene / acrylonitrile copolymers, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate; Polyoxymethylene, polystyrene, polycarbonate and polyvinyl chloride. The following thermosets can be used: Unsaturated polyester resins, epoxy resins as well as phenol / formaldehyde and melamine / formaldehyde resins.
Das Mischungsverhältnis der Thermoplaste zu den eingesetzten hydrierten Vinyl-Polybutadienen richtet sich ebenfalls nach dem späteren Verwendungszweck dieser Thermoplaste. Es kann daher leicht durch entsprechende Vorversuche ermittelt werden. - δ -The mixing ratio of the thermoplastics to the hydrogenated vinyl polybutadienes used also depends on the later intended use of these thermoplastics. It can therefore easily be determined by appropriate preliminary tests. - δ -
BeispieleExamples
Herstellung von Vinyl-Polybutadienen als Ausgangsprodnkte für dieProduction of vinyl polybutadienes as starting products for the
Hydrierunghydrogenation
Die Polymerisation von Butadien erfolgt mit n-Butyllithium als Polymerisationskatalysator und Cyclohexan als Lösungsmittel. Die Vinylgehalte werden durch Zusätze von Tetramethylethy- lendiamin (TMEDA) und t-Butoxy-Ethoxyethan (BEE) sowie durch Variation der Polymerisationstemperatur eingestellt. Die durchgeführten Variationen und der Einfluss auf den Vinylgehalt sind in Tabelle 2 (TMEDA) und Tab. 3 (BEE) zusammengefasst.The polymerization of butadiene is carried out using n-butyllithium as the polymerization catalyst and cyclohexane as the solvent. The vinyl contents are adjusted by adding tetramethylethylenediamine (TMEDA) and t-butoxyethoxyethane (BEE) and by varying the polymerization temperature. The variations carried out and the influence on the vinyl content are summarized in Table 2 (TMEDA) and Table 3 (BEE).
Die Polymerisationen wurden ein einem 1,7 1 Stahlreaktor durchgeführt. Hierfür wurde der leere Reaktor unter Schutzgas zu 2/3 mit trockenem Cyclohexan befüllt. Danach wurde Butadien zudosiert und eine Butadienkonzentration von 12 bis 13 Gew.-% in Cyclohexan eingestellt.The polymerizations were carried out in a 1.7 liter steel reactor. For this purpose, 2/3 of the empty reactor was filled with dry cyclohexane under protective gas. Then butadiene was metered in and a butadiene concentration of 12 to 13% by weight in cyclohexane was set.
Danach wurden die Randomizer TMEDA oder BEE zugegeben, wobei durch Variation des molaren Verhältnisses von Randomizer/BuLi der Vinyl-Gehalt gesteuert wurde (siehe Tabellen 2 und 3). Nach der Zugabe des Randomizers wurde BuLi in einer Konzentration von 1 bis 2 mmol Li auf 100 g Monomer zugegeben (siehe Tabelle 2). Die Polymerisation wurden bei 30°C und beiThe randomizers TMEDA or BEE were then added, the vinyl content being controlled by varying the molar ratio of randomizer / BuLi (see Tables 2 and 3). After the addition of the randomizer, BuLi was added in a concentration of 1 to 2 mmol Li to 100 g monomer (see Table 2). The polymerization was at 30 ° C and at
60°C durchgeführt. Nach jeweils 120 Minuten wurden die Polymerisationen durch Zugabe einer60 ° C carried out. After every 120 minutes, the polymerizations were initiated by adding a
2,5 %-igen Lösung von 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-tertbutyl)phenol (BKF) in Ethanol, abgestoppt. Die Menge des Abstoppers betrug zwischen 50 und 70 g der 2,5 %-igen BKF-Lösung pro 100 g Monomer. Vinyl-Polybutadien wurde durch Fällung mit Ethanol aus der Lösung isoliert und bei 50°C im Vakuumtrockenschrank bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.2.5% solution of 2,2'-methylene-bis- (4-methyl-6-tert-butyl) phenol (BKF) in ethanol, stopped. The amount of the stopper was between 50 and 70 g of the 2.5% BKF solution per 100 g of monomer. Vinyl-polybutadiene was isolated from the solution by precipitation with ethanol and dried to constant weight at 50 ° C. in a vacuum drying cabinet.
Der Vinyl-Gehalt, der Hydriergrad und die übrige Mikrostruktur wurden mit Η-NMR- Spektroskopie in CDC13 bestimmt.The vinyl content, the degree of hydrogenation and the remaining microstructure were determined by Η-NMR spectroscopy in CDC1 3 .
Zur Bestimmung von der Glastemperatur (Tg) wurden die Polymer-Proben durch DSC-Messungen charakterisiert. Alle Daten sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefasst.To determine the glass transition temperature (Tg), the polymer samples were characterized by DSC measurements. All data are summarized in Tables 1 and 2.
Wie man in den Tabellen 1 und 2 sieht, hängt der Vinylgehalt von der Polymerisationstemperatur und vom Molverhältnis Bu-Li/TMEDA (Tab. 1) sowie vom Molverhältnis BuLi/BEE (Tab. 2) ab.As can be seen in Tables 1 and 2, the vinyl content depends on the polymerization temperature and the molar ratio Bu-Li / TMEDA (Tab. 1) and the molar ratio BuLi / BEE (Tab. 2).
Tabelle 1. Herstellung und Eigenschaften von Polybutadienen mit unterschiedlichen Vinyl- Gehalten (Randomizer: TMEDA)Table 1. Production and properties of polybutadienes with different vinyl contents (randomizer: TMEDA)
a) BuLi ist der Polymerisationskatalysator, c) Der Vinyl-Gehalt wird durch Η-NMR bestimmt b) Polymerisationstemperatur. d) Tg (DSC) ist die mit DSC bestimmte-Glastemperatur. e) Buna® VI 19 49 der Bayer Elastomeresa) BuLi is the polymerization catalyst, c) the vinyl content is determined by Η-NMR b) polymerization temperature. d) Tg (DSC) is the glass temperature determined by DSC. e) Buna® VI 19 49 from Bayer Elastomeres
Tabelle 2. Herstellung und Eigenschaften von Polybutadien mit unterschiedlichen Vinyl- Gehalten (Randomizer: BEE)Table 2. Production and properties of polybutadiene with different vinyl contents (randomizer: BEE)
*erfindungsgemäße Beispiele. Hydrierung der Vinyl-Polybutadiene* Examples according to the invention. Hydrogenation of the vinyl polybutadienes
Die Hydrierung von Vinyl-Polybutadien wurde mit einem Hydrierkatalysator auf Basis von Ni- Octanoat [Ni(Oct)2] und Triethylaluminium (TEA) durchgeführt. Das Molverhältnis von TEA : Ni(Oct)2 bzw. von AI : Ni wurde konstant (Al:Ni=3,3:l) gehalten. Nickel wurde im molaren Verhältniss von 0,2 mol auf 100 mol Doppelbindungen eingesetzt. Die Präformierung des Hydrierkatalysators aus Ni(Oct)2 und TEA erfolgte in einem 25 ml-Schlenckgefass unter Argon. Hierfür wurde das Schlenkgefäss mit 2-5 ml getrockenetem Cyclohexan gefüllt, dann wurden 0,7- 1,0 ml TEA zugegeben (entsprechend der im Reaktor vorliegenden Polymermenge). Unter Rühren und unter Kühlung wurde bei ca 15°C tropfenweise eine 10 %-ige Lösung von Ni(Oct)2 in Cyclohexan zugegeben. Die Katalysatorlösung wurde jeweils frisch hergestellt und sofort nach der Herstellung verwendet.The hydrogenation of vinyl polybutadiene was carried out using a hydrogenation catalyst based on Ni octanoate [Ni (Oct) 2 ] and triethyl aluminum (TEA). The molar ratio of TEA: Ni (Oct) 2 or of AI: Ni was kept constant (Al: Ni = 3.3: 1). Nickel was used in a molar ratio of 0.2 mol to 100 mol of double bonds. The hydrogenation catalyst was preformed from Ni (Oct) 2 and TEA in a 25 ml Schlenck vessel under argon. For this, the Schlenk vessel was filled with 2-5 ml of dry cyclohexane, then 0.7-1.0 ml of TEA was added (corresponding to the amount of polymer present in the reactor). A 10% solution of Ni (Oct) 2 in cyclohexane was added dropwise at about 15 ° C. while stirring and cooling. The catalyst solution was freshly prepared in each case and used immediately after the preparation.
Für die in den Tab. 3 bis 7 beschriebenen Hydrierungen wurde das Vinyl-Polybutadien nach Beendigung der Polymerisation, wie zuvor beschrieben, aus der Lösung isoliert, ein aliquoter Teil charakterisiert und die Restmenge des Vinyl-Polybutadiens in Cyclohexan gelöst und hydriert.For the hydrogenations described in Tables 3 to 7, the vinyl polybutadiene was isolated from the solution, as described above, after the end of the polymerization, an aliquot was characterized and the remaining amount of the vinyl polybutadiene was dissolved and hydrogenated in cyclohexane.
Für die Hydrierung wurde eine 12%-ige Polymerlösung in Cyclohexan hergestellt und auf 50°C erwärmt. Der heterogene Dispersion des Katalysators wurde sofort nach der Herstellung unter Rühren in den Hydrierreaktor, bei 50°C zugegeben. Danach wurde Wasserstoff schrittweise in den Reaktor (unter 5 bis maximal 6,5 bar) aufgedrückt. Die Hydrierreaktion erfolgte sofort sichtbar an der Abnahme des Wasserstoffdrucks und der Temperatursteigerung im Reaktor. Die Proben für die Bestimmung des Hydriergrades wurden in Abhängigkeit von Hydrierzeit aus dem Reaktor abgelassen. Hierbei fiel der Wasserstoffdruck jeweils um 1,2 bar.For the hydrogenation, a 12% polymer solution in cyclohexane was prepared and heated to 50 ° C. The heterogeneous dispersion of the catalyst was added immediately after preparation with stirring in the hydrogenation reactor at 50 ° C. Then hydrogen was gradually injected into the reactor (below 5 to a maximum of 6.5 bar). The hydrogenation reaction was immediately apparent from the decrease in the hydrogen pressure and the temperature increase in the reactor. The samples for determining the degree of hydrogenation were discharged from the reactor as a function of the hydrogenation time. The hydrogen pressure fell by 1.2 bar in each case.
Die Proben werden, wie bei der Herstellung von Vinyl-Polybutadien-Proben beschrieben, mit einer Lösung von Vulkanox BKF versetzt, mit Ethanol gefällt, getrocknet und charakterisiert.A solution of Vulkanox BKF is added to the samples, as described for the production of vinyl-polybutadiene samples, ethanol precipitated, dried and characterized.
Nach ca. 2 Stunden waren die Hydrierung beendet, erkennbar daran, dass die Polymerlösung keinen Wasserstoff mehr aufnahmen. Der Reaktor wurde auf Normaldruck entspannt, wobei der Wasserstoff in Verdünnung mit Stickstoff (H2:N2=1:10) langsam in die Abluft abgelassen wurde. Die im Reaktor und in der Polymerlösung verbliebene Restwasserstoffmenge wurde durch Einleiten von Argon bis zu einem Druck von 3 bar und durch anschließendes Enspannen entfernt, wobei diese Prozedur drei Mal wiederholt wurde.The hydrogenation was complete after about 2 hours, recognizable from the fact that the polymer solution no longer absorbed hydrogen. The reactor was depressurized to normal pressure, the hydrogen being slowly released into the exhaust air in dilution with nitrogen (H 2 : N 2 = 1:10). The amount of residual hydrogen remaining in the reactor and in the polymer solution was removed by introducing argon to a pressure of 3 bar and then releasing the pressure, this procedure being repeated three times.
Die hydrierten Proben wurden in einer Ethanol: Wasser-Mischung (Ethanol:Wasser=10:l) koaguliert und im Vakuumtrockenschrank bei 50°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Die Hydriergrade wurden mit H-NMR bestimmt. Zusätzlich zu den Hydriergraden wurden die Proben auch mittels DSC charakterisiert, um Glastemperaturen (Tg), Schmelztemperaturen (Tm) und Schmelz-Enthalpien (DH) zu bestimmen.The hydrogenated samples were coagulated in an ethanol: water mixture (ethanol: water = 10: 1) and dried in a vacuum drying cabinet at 50 ° C. to constant weight. The degrees of hydrogenation were determined by H-NMR. In addition to the degrees of hydrogenation, the samples were also characterized by means of DSC in order to determine glass transition temperatures (Tg), melting temperatures (Tm) and melting enthalpies (DH).
Die Versuchsparameter und die Eigenschaften der voll- und teilhydrierten Proben sind in den Tabellen 3 bis 7 zusammengefasst.The test parameters and the properties of the fully and partially hydrogenated samples are summarized in Tables 3 to 7.
Tabelle 3. Eigenschaften von hydriertem Vinyl-BR mit einem Vinyl-Gehalt von 30 % (STER 461).Table 3. Properties of hydrogenated vinyl BR with a vinyl content of 30% (STER 461).
Tabelle 4. Eigenschaften von hydriertem Vinyl-BR mit einem Vinyl-Gehalt von 45 % (STER 463).Table 4. Properties of hydrogenated vinyl BR with a vinyl content of 45% (STER 463).
erfindungsgemäße Beispiele Tabelle 5. Eigenschaften von hydriertem Vinyl-BR mit einem Vinyl-Gehalt von 54 % (Buna VI 1949). Examples according to the invention Table 5. Properties of hydrogenated vinyl-BR with a vinyl content of 54% (Buna VI 1949).
* erfindungsgemäße Beispiele* Examples according to the invention
Tabelle 6. Eigenschaften von hydriertem Vi-BR mit einem Vinyl-Gehalt von 62 % (STER 471).Table 6. Properties of hydrogenated Vi-BR with a vinyl content of 62% (STER 471).
erfindungsgemäße Beispiele Tabelle 7. Eigenschaften von Vinyl-BR mit einem Vinyl-Gehalt von 71 % (STER 452). Examples according to the invention Table 7. Properties of vinyl BR with a vinyl content of 71% (STER 452).
Bei den in Tab. 8 und 9 beschriebenen Versuche wurde nur ein aliquoter Teil des Vinyl-Polybutadiens zur Bestimmung analytischer Daten aufgearbeitet. Der größte Teil der Polymerlösung blieb im Reaktor und die Hydrierung wurde ohne Isolierung des Vinyl-Polybutadiens direkt im Anschluss an die Polymerisation im gleichen Reaktor in-situ durchgeführt. In the experiments described in Tables 8 and 9, only an aliquot of the vinyl polybutadiene was processed to determine analytical data. Most of the polymer solution remained in the reactor and the hydrogenation was carried out in-situ in the same reactor without isolation of the vinyl polybutadiene directly after the polymerization.
Tabelle 8. Herstellung und Eigenschaften von Polybutadien mit unterschiedlichen Vinyl- Gehalten (Randomizer: BEE) mit anschließender In-Situ-Hydrierung (Tab. 9)Table 8. Production and properties of polybutadiene with different vinyl contents (randomizer: BEE) with subsequent in-situ hydrogenation (Tab. 9)
c) BuLi ist der Polymerisationskatalysator, c) Der Vinyl-Gehalt wird durch -NMR bestimmt c) Polymerisationstemperatur. d) Tg (DSC) ist die mit DSC bestimmte Glastemperatur. c) BuLi is the polymerization catalyst, c) the vinyl content is determined by -NMR c) polymerization temperature. d) Tg (DSC) is the glass temperature determined with DSC.
Tabelle 9. In-Situ-Hydrierung der in Tab. 8 hergestellten Vinyl-Polybutadien-ProbenTable 9. In-situ hydrogenation of the vinyl polybutadiene samples prepared in Table 8
*erfindungsgemäße Beispiele* Examples according to the invention
) Die Katalysator-Präformierung erfolgt in einem separatem Schlenckgefäss. TEA wird in Cyclohexan als 5 M Lösung vorgelegt, dann wird Ni(Oct)2 innerhalb lA Stunde zugetropft. Danach wird der präformierte Katalysator in den Hydrierreaktor zugegeben. ) The catalyst is preformed in a separate Schlenck vessel. TEA is introduced as a 5 M solution in cyclohexane, then Ni (Oct) 2 is added dropwise within 1 A hour. The preformed catalyst is then added to the hydrogenation reactor.
b) Der Hydrierkatalysator wird ohne separate Präformierung im Hydrierreaktior hergestellt. Hierzu werden die Katalysatorkomponenten TEA, Ni(Oct)2 schrittweise nach jeweils 10 Minuten direkt in den Hydrierreaktor gegeben. b) The hydrogenation catalyst is produced in the hydrogenation reactor without separate preforming. For this purpose, the catalyst components TEA, Ni (Oct) 2 are gradually added directly to the hydrogenation reactor after every 10 minutes.
Der Hydrierkatalysator wird im Hydrierreaktior hergestellt. Zuerst wird TEA und dann Ni(Oct)2 zugegeben. Nach der Zugabe von Ni(Oct)2 wird vor der Zugabe von Wasserstoffl Stunde gerührt. The hydrogenation catalyst is produced in the hydrogenation reactor. TEA is added first, followed by Ni (Oct) 2 . After the addition of Ni (Oct) 2 , the mixture is stirred for an hour before the addition of hydrogen.
Tabelle 10. EPM- und EPDM-Handelsprodukte der Bayer AGTable 10. EPM and EPDM commercial products from Bayer AG

Claims

Patentansprücheclaims
Hydrierte Vinyl-Polybutadiene mit Hydriergraden von 20 bis 100 %, Mooney-Viskositäten im Bereich von 10 bis 150 Mooney-Einheiten (ML l+4/100°C), Glasubergangstemperaturen (Tg) von <_-57°C und Schmelzenthalpien (ΔH) < 30 J/g und einer MikroStruktur mitHydrogenated vinyl polybutadienes with degrees of hydrogenation of 20 to 100%, Mooney viscosities in the range of 10 to 150 Mooney units (ML 1 + 4/100 ° C), glass transition temperatures (Tg) of <_- 57 ° C and melting enthalpies (ΔH ) <30 J / g and a micro structure with
a) 0 bis 44 Gew.-% 1,2-Vinyl-Butadien-Einheiten der Formela) 0 to 44 wt .-% 1,2-vinyl-butadiene units of the formula
b) 20 bis 64 Gew.-% 1,2-Butylen-Einheiten der Formelb) 20 to 64 wt .-% 1,2-butylene units of the formula
c) 0 bis 60 Gew.-% 1,4-Butenylen-Einheiten der Formelc) 0 to 60 wt .-% 1,4-butenylene units of the formula
- CH2 CH — CH CH;- CH 2 CH - CH CH;
undand
d) 0 bis 60 Gew.-% 1 ,4-Butylen-Einheiten der Formeld) 0 to 60% by weight of 1,4-butylene units of the formula
mit Ausnahme eines hydrierten Vinyl-Polybutadiens gemäß US-Patent 4 025 478, Tabelle 1, Nr. 3, mit einem Trans-Gehalt von 4,7 %, einem Vinylgehalt von 0,2 %, einer Mooney- Viskosität ML 1+4 von 27 und einem Molekulargewichtsverhältnis von Mw/Mn x 10"3 von 291/96.with the exception of a hydrogenated vinyl polybutadiene according to US Pat. No. 4,025,478, Table 1, No. 3, with a trans content of 4.7%, a vinyl content of 0.2%, a Mooney viscosity ML 1 + 4 of 27 and a molecular weight ratio of M w / M n x 10 " 3 of 291/96.
Verwendung von hydrierten Vinyl-Polybutadienen mit Hydriergraden von 20 bis 100 %, Mooney-Viskositäten im Bereich von 10 bis 150 Mooney-Einheiten (ML l+4/100°C), Glasubergangstemperaturen (TQ) von <_- 57°C und Schmelzenthalpien (δ H) < 30 J/g, die eine MikroStruktur aufweisen vonUse of hydrogenated vinyl polybutadienes with degrees of hydrogenation of 20 to 100%, Mooney viscosities in the range of 10 to 150 Mooney units (ML 1 + 4/100 ° C), Glass transition temperatures (TQ) of <_- 57 ° C and melting enthalpies (δ H) <30 J / g, which have a microstructure of
a) 0 bis 44 Gew.-% 1,2-Vinyl-Butadien-Einheiten der Formela) 0 to 44 wt .-% 1,2-vinyl-butadiene units of the formula
b) 20 bis 64 Gew.-% 1 ,2-Butylen-Einheiten der Formelb) 20 to 64 wt .-% 1, 2-butylene units of the formula
c) 0 bis 60 Gew.-% 1,4-Butenylen-Einheiten der Formelc) 0 to 60 wt .-% 1,4-butenylene units of the formula
-(-CH-CH^CH-CH^-- (- CH-CH-CH ^ CH ^ -
undand
d) 0 bis 60 Gew.-% 1,4-Butylen-Einheiten der Formeld) 0 to 60% by weight of 1,4-butylene units of the formula
zur Herstellung von Formkörpern aller Art.for the production of moldings of all kinds.
Verwendung von hydrierten Vinyl-Polybutadienen nach Anspruch 2 zur Herstellung von Reifen und Reifenbauteilen.Use of hydrogenated vinyl polybutadienes according to claim 2 for the production of tires and tire components.
Verfahren zur Herstellung der hydrierten Vinyl-Polybutadiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Vinyl-Polybutadiene mit einem Vinylgehalt von 40 bis 64 Gew.-% und einem Gehalt an 1,4-Butenyl von 36 bis 60 Gew.-% in üblicher Weise bis zu einem Hydriergrad von 20 bis 100 % in Gegenwart von Hydrierkatalysatoren hydriert und die Hydrierlösung mit Wasser wäscht, das ausfallende Polymere vom Lösungsmittel und Wasser abtrennt und anschließend das Polymere auf einen Feuchtegehalt von 1 bis 5 Gew.-% trocknet. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung des Vinyl-Process for the preparation of the hydrogenated vinyl polybutadienes according to Claim 1, characterized in that vinyl polybutadienes having a vinyl content of 40 to 64% by weight and a 1,4-butenyl content of 36 to 60% by weight are customary Were hydrogenated to a degree of hydrogenation of 20 to 100% in the presence of hydrogenation catalysts and the hydrogenation solution was washed with water, the precipitated polymer was separated from the solvent and water and then the polymer was dried to a moisture content of 1 to 5% by weight. A method according to claim 4, characterized in that the hydrogenation of the vinyl
Polybutadiens in Gegenwart von einem Nickelsalz in Kombination mit einer Alumi- mumalkylverbindung durchfuhrt, wobei das Molverhältnis von Aluminiumalkylverbindung zu Nickelsalz 1:1 bis 10:1 und die Menge an Katalysator 0,001 bis 0,05 mol/100 g Vinyl- Polybutadien beträgt, nach der Hydrierung den Hydrierkatalysator durch Behandlung der Hydrierlösung mit einem für das entstehende Nickel geeigneten Komplexbildner unter oxidierenden Bedingungen behandelt und in einem Stripprozess durch Behandlung mit Wasserdampf das Nickel aus der Hydrierlösung entfernt. Polybutadiene in the presence of a nickel salt in combination with an aluminum alkyl compound, the molar ratio of aluminum alkyl compound to nickel salt being 1: 1 to 10: 1 and the amount of catalyst being 0.001 to 0.05 mol / 100 g of vinyl polybutadiene, according to which Hydrogenation treated the hydrogenation catalyst by treating the hydrogenation solution with a complexing agent suitable for the resulting nickel under oxidizing conditions and removing the nickel from the hydrogenation solution in a stripping process by treatment with steam.
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