EP2132236A1 - Verfahren zur herstellung telecheler polymere - Google Patents

Verfahren zur herstellung telecheler polymere

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EP2132236A1
EP2132236A1 EP07821972A EP07821972A EP2132236A1 EP 2132236 A1 EP2132236 A1 EP 2132236A1 EP 07821972 A EP07821972 A EP 07821972A EP 07821972 A EP07821972 A EP 07821972A EP 2132236 A1 EP2132236 A1 EP 2132236A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymers
end groups
functional end
polymerization
preparation
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Withdrawn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
EP07821972A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Balk
Gerd LÖHDEN
Christine TRÖMER
Monika MÄRZ
Christine Miess
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.)
Roehm GmbH Darmstadt
Original Assignee
Evonik Roehm 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 Evonik Roehm GmbH filed Critical Evonik Roehm GmbH
Publication of EP2132236A1 publication Critical patent/EP2132236A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/26—Removing halogen atoms or halogen-containing groups from the molecule
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F4/00—Polymerisation catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/38—Polymerisation using regulators, e.g. chain terminating agents, e.g. telomerisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/34—Introducing sulfur atoms or sulfur-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2810/00—Chemical modification of a polymer
    • C08F2810/40—Chemical modification of a polymer taking place solely at one end or both ends of the polymer backbone, i.e. not in the side or lateral chains

Definitions

  • the present invention relates to the synthesis of polymers having functional end groups which have been prepared by means of atom transfer radical polymerization (in the following abbreviated to ATRP).
  • ATRP atom transfer radical polymerization
  • a particular aspect is the preparation of telechelic polymethacrylates, polyacrylates or polystyrenes.
  • the functional groups may be, for example, hydroxy, amine, SiIyI or olefinic groups.
  • the invention relates to the initiation of an ATRP with functionalized initiators and the polymerization-final coupling of two such unilaterally functionalized chains to form a telechelic polymer.
  • a very particular aspect of the present invention is that the addition of a coupling reagent in one process step simultaneously removes the transition metal compounds from the polymerization solution by precipitation and salification of the ligand previously coordinated to the transition metal which in turn allows easy removal thereof.
  • the ATRP represents an important process for the preparation of a variety of polymers such as polyacrylates, polymethacrylates or polystyrenes. With this type of polymerization, the goal of tailor-made polymers has come a good deal closer.
  • the ATRP method was decisively developed in the 1990s by Prof. Matyjaszewski (Matyjaszewski et al., J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, p.5614, WO 97/18247; Science, 1996, 272). S.866).
  • a particular advantage here is that both the molecular weight and the molecular weight distribution are controllable. As a living polymerization, it also allows the targeted construction of polymer architectures such as random copolymers or block copolymer structures. By appropriate initiators, for example, in addition unusual block copolymers and star polymers are accessible.
  • Theoretical background to the Polymehsationsmechanismus are inter alia in Hans Georg Elias, macromolecules, Volume 1, ⁇ .conomlage, Weinheim 1999, p.344 explained.
  • the ATRP process relies on a redox balance between a dormant and an active species.
  • the active species is the low-concentration growing, free radical polymer chain and a transition metal compound in higher oxidation state (eg, copper II).
  • the dormant, preferably present species is the combination of the halogenated or pseudohalogen-terminated polymer chain and the corresponding transition metal compound in a lower oxidation state (eg, copper I). This applies both to the ATRP in the actual form, which is started with (pseudo) halogen-substituted initiators, and to the reverse ATRP described below, in which the halogen is bound to the polymer chain only when the equilibrium is established.
  • the halogen atom remains independent of the chosen method after termination of the reaction at the respective chain ends.
  • These terminal halogen atoms can be useful in several ways.
  • a mercaptan such as, for example, mercaptoethanol is used for the substitution of the terminal halogen atoms. Only in Snijder et al. (J. of Polym., Part: Polym. Chem.), Such a substitution reaction with mercaptoethanol is briefly described. A difference to the present invention is the polymer-analogous implementation. In the described document, the substitution reaction is carried out only after purification of the ATRP product in a second reaction stage. This results directly in a second important difference from the present invention. The inventive effect of the precipitation of the transition metal compounds from the ATRP solution by the addition of mercaptan reagents is not described in this document.
  • ATRA is the addition of reagents that in-situ decompose into two radicals, one of which irreversibly traps a radical chain end and launches the second smaller new chain.
  • Disadvantage of this procedure in addition to the reduced reaction rate again, is the poor commercial availability of the required reagents and the release of additional radicals, which either have to be absorbed very quickly or lead to undesired oligomeric by-products. This process is described by way of example in the work of Sawamoto (Macromolecules, 31, 6708-11, 1998 and J. Polym., Part A: Polym. Chem., 38, 4735-48, 2000).
  • a variant of the ATRA is the endcapping of growing polymer chains with monomer units, which can be incorporated into the chain end once radically, but then form a stable halogenated chain end and accordingly prevent further chain growth.
  • These may be olefins, for example, which may well be functionalized themselves.
  • An example of such a compound having hydroxyl group is allyl alcohol (Coessens, Matyjaszewski, Macromol., Rapid Commun., 20, 127-134, 1999).
  • allyl alcohol Coessens, Matyjaszewski, Macromol., Rapid Commun., 20, 127-134, 1999.
  • a polymerization with bifunctional initiators and a two-sided endcapping Hydroxytelechele be represented in this way.
  • a disadvantage of this process over the invention are the further brominated and thus thermally unstable
  • ATRC atom transfer radical coupling
  • Fukuda e-Polymers, no.013, 2002
  • Matyjaszewski Matyjaszewski
  • hydroxyl-bearing, brominated initiators for the ATRP of styrene are used in a first step.
  • the system is treated with Cu (0) and a ligand known for example from the ATRP. With this new catalyst system takes place with removal of the terminal bromine atoms, a coupling of the two chain ends.
  • the two-sided end group functionalization with simultaneously controlled polymerization conditions using RAFT polymerisation is simpler.
  • the radical is transferred to a specific RAFT agent, which in the further course of polymerization, e.g. mutually functioning as a bifunctional radical transfer reagent.
  • RAFT agent which in the further course of polymerization, e.g. mutually functioning as a bifunctional radical transfer reagent.
  • transmission e.g. Positioned hydroxy-functional part of the agent to the later chain end.
  • the use of such dual hydroxy-functionalized RAFT agents is described, for example, in Lima et al. (J. of Polym., Part A: Polym. Chem., 43, 959-73, 2005).
  • a major disadvantage of these RAFT products compared to ATRP products and in particular compared to the polymers according to the invention is the reduced thermal stability of the incorporated in the polymer residues of the RAFT agents, which are mostly trithiocarbonates.
  • Other disadvantages are the possible
  • Hydroxy-functionalized polyacrylates, polymethacrylates or polystyrenes can be used in a wide range of applications.
  • the hydroxyl group can perform several functions.
  • polar groups affect the miscibility of polymers and, thus, e.g. the mechanical properties of polymer blends.
  • hydroxyl groups are very important in terms of surface adhesion. This applies, for example, both for the adhesion to surfaces, as it is used in coatings or paints. On the other hand, it is also true for the surface adhesion to the smallest particles, as it is e.g. is required in the dispersion of pigments or fillers.
  • Reactive adhesives are solid at room temperature. They are going through
  • US 5,866,656 and EP 1036103 describe reactive hot melt adhesives in which the poly (meth) acrylate binders are covalently bonded to the compounds having free isocyanate groups in the adhesive composition. Since this bonding usually takes place by means of a condensation reaction, such adhesives in which this bond is formed are said to be adhesives in the condensation stage.
  • the adhesives thus obtained are distinguished from those described in US Pat. No. 5,021,507 by increased elasticity and improved adhesion to certain metal substrates and a longer open time available for processing.
  • these reactive hot melt adhesives have significant disadvantages. For example, they show only a low initial strength. This results in a particularly long, disadvantageous fixing time after the application of the adhesive.
  • Another disadvantage of the reactive adhesives of the prior art is the high viscosity which is relevant during processing. As a result, a processing of the molten reactive hot melt adhesive, especially the application to porous substrates, significantly more difficult. Partially, a gassing also occurs in the condensation stage.
  • Another disadvantage is that the extractable content in the cured adhesive is quite high. This reduces inter alia the resistance of the adhesive to solvents.
  • a further disadvantage is often insufficient in the viscosity stability of the reactive hot melt adhesive in the melt at, for example, 130 0 C, which especially the processability is difficult.
  • a further disadvantage is that the free-radically polymerized materials also contain a higher proportion of low molecular weight constituents that do not participate in the crosslinking reactions and constitute the extractable constituent of corresponding reactive hot melt adhesives. With the ATRP method, the goal of tailor-made polymers has come a lot closer.
  • the ATRP was also specifically developed with 2-hydroxyethyl (meth) acrylate (HEMA) as the hydroxyl-carrying monomer (Beers et al., Macromolecules, 1999, 32, p.5772-5776).
  • binders with very narrow molecular weight distributions could be made available, which by free-radically polymerized (meth) acrylates only a small proportion have high molecular weight components. These components cause in polymer blends in particular an increase in viscosity. Furthermore, these polymers also contain a significantly lower proportion of low molecular weight and thus extractable components. The lower proportion of such ingredients increases the weather resistance, slows the product aging and leads to a significantly improved chemical resistance.
  • a disadvantage of the reactive adhesives according to WO 05/047359 is a statistical distribution of the hydroxyl, mercapto or amine groups in the polymer chain of the binder. This leads to a close-meshed crosslinking and thus a reduced elasticity of the adhesive. This can also result in a deterioration of the substrate binding.
  • This disadvantage is particularly noticeable if, in addition, the polyisocyanates as the formulation constituent of the reactive hot melt adhesive are functionalized with a larger number of free isocyanate groups. In this case, a poly (meth) acrylate with exclusive end-group functionalization as a coformulizing component is of great advantage in many respects. On the one hand, longer processing times can be set by selecting suitable polyisocyanates.
  • polymer networks, in which a component is installed only via the chain end groups retain a particular flexibility. This increased flexibility of networks at the same time higher Resistance is also important in other applications such as sealants.
  • the object of the present invention is to couple together in each case one chain end of two polymers prepared by atom transfer radical polymerization (ATRP) by means of a suitable reagent.
  • ATRP atom transfer radical polymerization
  • polymers by means of ATRP which have functional groups on more than 90% of the chain ends. These functional groups may in particular be hydroxy, amine, SiIyI or olefinic groups.
  • the new process should be cost-effective and quickly feasible.
  • a further object was to realize particularly low residual concentrations of the transition metal complex compounds after only one filtration step.
  • the object has been achieved by initiating an ATRP with a bifunctional initiator which has a functionality X and optionally a further functionality Fi.
  • X is a functionality commonly used to initiate ATRP, e.g. a halogen atom or a pseudohalogen group.
  • Fi is a second functionality that is not an initiator under ATRP conditions. In particular, it may be a hydroxy, amine, SiIyI or olefinic group.
  • this terminating reagent is a bifunctional compound having two functionalities F 2 .
  • F 2 is a group which is suitable for substituting the functionality X on the previously polymerizing chain end of the polymer.
  • F 2 is a thiol group.
  • a very particular aspect of the present invention is that the addition of a reagent in one step simultaneously removes the terminal halogen atoms from the polymer chains, removes the transition metal compounds by precipitation, and salifies the ligands previously coordinated to the transition metal, which in turn, allows for easy removal the ligand allows transition metal.
  • Initiators used in the ATRP are compounds having one or more atoms or atomic groups X which are radically transferable under the polymerization conditions of the ATRP process. Upon substitution of the active group X at the respective chain end of the polymer, an acid of the form X-H is liberated.
  • the hydrogen halide which forms can not be hydrolyzed in organic polymerization solutions and thus has a particularly pronounced reactivity, which leads to a protonation of the below-described, mostly basic ligands on the transition metal compound. This quenching of the transition metal complex is extremely rapid and results in direct precipitation of the now unmasked transition metal compounds.
  • the transition metal usually precipitates in the form in which it was used at the beginning of the polymerization: eg in the case of copper as CuBr, CuCI or CU 2 O. Under the condition that the transition metal simultaneously, for example by introducing air or is oxidized by the addition of sulfuric acid, the falls
  • Transition metal compound in addition in the higher oxidation state.
  • the transition metal precipitation in contrast to this oxidation-induced precipitation, can moreover be effected almost quantitatively. This is already possible after a filtration step To realize particularly low residual concentrations of transition metal complex compounds of less than 5 ppm.
  • a major advantage of the present invention is the efficient removal of transition metal complexes from the solution.
  • the reagents with two groups F 2 added according to the invention after or during the polymerization termination of the polymer solution are preferably compounds which contain sulfur in organically bound form.
  • the two groups F 2 in this sulfur-containing compounds used for precipitation of transition metal ions or transition metal complexes are two SH groups.
  • Bifunctionalized mercaptans or compounds which can form two thiol groups under the solution conditions are very particularly preferred as organic compounds. These may be organic compounds such as dithioglycol, 1, 3-propanedithiol, 1, 4-butanedithiol, 1, 5-pentanedithiol or 3,4-dimercaptotoluene. However, the compounds may also contain an ether, thioether, ester, amide, urethane or other heteroatom-containing group. An example of such a dithiol would be 2,2' -Oxydiethanthiol.
  • said binunctional termination reagent has one or more additional functionalities F 3 in addition to the two groups F 2 .
  • These groups F 3 do not undergo a substitution reaction with the group X and may be the same or different from the group Fi.
  • An example of such a compound would be 2,3-dimercapto-1-propanol; examples of compounds having two functional groups would be meso-2,3-dimercaptosuccinic acid, 1,4-dithioerythritol, or various 1,4-dithio-threitas.
  • the particularly preferred compounds are commercially readily available compounds used in free-radical polymerization as regulators.
  • the advantage of these compounds is their easy availability, their low price and the wide range of variations that allow optimal adaptation of the precipitating reagents to the respective polymerization system.
  • the present invention can not be limited to these compounds or examples. Rather, it is decisive that the precipitant used has two -SH groups or forms two -SH groups under the present conditions of the polymer solution in situ.
  • the amount of regulators based on the monomers to be polymerized, usually with 0.05% by weight to 5% by weight specified.
  • the amount of the sulfur compound used is not related to the monomers but to the concentration of the polymerization-active chain ends in the polymer solution.
  • polymerization-active chain ends is meant the sum of dormant and active chain ends.
  • the sulfur-containing precipitating agents according to the invention are used in this sense, based on the initial initiator concentration in a maximum of 1 molar equivalents, preferably not more than 0.7 molar equivalents, more preferably below 0.6 molar equivalents and most preferably with 0.5 molar equivalents.
  • the remaining amounts of residual sulfur can be easily removed by modification of the following filtration step.
  • the mercaptans described may have no further influence on the polymers when added to the polymer solution during or after termination of the polymerization, with the exception of the substitution reaction described. This applies in particular to the breadth of the molecular weight distributions, the molecular weight, additional functionalities, glass transition temperature or melting temperature in semicrystalline polymers and polymer architectures.
  • a further advantage of the present invention is that, by reducing to one or at most two filtration steps, a very fast work-up of the polymer solution compared to many established systems can take place.
  • the substitution, the precipitation and the subsequent filtration at a temperature in the range between 0 0 C and 120 0 C and other process parameters in a common area are possible.
  • Adsorbents or adsorbent mixtures can be used to reduce the last traces of sulfur compounds. This can be done in parallel or in successive processing steps.
  • the adsorbents are known in the art, preferably selected from the group consisting of silica and / or alumina, organic polyacids, and activated carbon (e.g., Norit SX plus from Norit).
  • the removal of the activated carbon can also take place in a separate filtration step or in a simultaneous filtration metal removal step.
  • the activated carbon is not added as a solid to the polymer solution, but the filtration is carried out by activated charcoal-loaded filters which are commercially available (for example AKS 5 from PaII Seitz Schenk). Also can be used a combination of the addition of the previously described acidic
  • the present invention relates to end-group functionalization of polymers with coupling of two polymer chains, the removal of the terminal halogen atoms and the transition metal complexes from all polymer solutions prepared by ATRP method.
  • ATRP method the possibilities arising from the ATRP are briefly outlined. However, these lists are not suitable for describing the ATRP and thus the present invention in a limiting manner. Rather, they serve to demonstrate the great importance and versatility of the ATRP and thus also of the present invention for working up corresponding ATRP products:
  • the ATRP polymerizable monomers are well known. The following are a few examples without limiting the present invention in any way.
  • the notation (meth) acrylate describes the esters of (meth) acrylic acid and here means both methacrylate, such as methyl methacrylate, Ethyl methacrylate, etc., as well as acrylate, such as methyl acrylate, ethyl acrylate, etc., as well as mixtures of both.
  • Monomers which are polymerized are selected from the group of (meth) acrylates, for example alkyl (meth) acrylates of straight-chain, branched or cycloaliphatic alcohols having 1 to 40 carbon atoms, such as, for example
  • the monomer selection may also include respective hydroxy-functionalized and / or amino-functionalized and / or mercapto-functionalized and / or olefinically functionalized acrylates or methacrylates such as allyl methacrylate or hydroxyethyl methacrylate.
  • compositions to be polymerized may also consist of or contain other unsaturated monomers.
  • unsaturated monomers include, inter alia, 1-alkenes such as 1-hexene, 1-heptane, branched alkenes such as vinylcyclohexane, 3,3-dimethyl-1-propene, 3-methyl-1-diisobutylene, 4-methyl-1-pentene, acrylonitrile Vinyl esters such as vinyl acetate, especially styrene, substituted styrenes having an alkyl substituent on the vinyl group such as ⁇ -methylstyrene and ⁇ -ethylstyrene, substituted styrenes having one or more alkyl substituents on the ring such as vinyltoluene and p-methylstyrene, halogenated styrenes such as monochlorostyrenes, Dichlorostyrenes, tribromostyrenes and t
  • Maleic anhydride, maleimide, methylmaleimide and dienes such as e.g. Divinylbenzene, and the respective hydroxy-functionalized and / or amino-functionalized and / or mercapto-functionalized and / or an olefinically functionalized compounds.
  • these copolymers can also be prepared in such a way that they have a hydroxyl and / or amino and / or mercapto functionality and / or an olefinic functionality in a substituent.
  • Examples of such monomers are vinylpiperidine, 1-vinylimidazole, N-vinylpyrrolidone, 2-vinylpirrolidone, N-vinylpirrolidine, 3-vinylpyrrolidine, N-vinylcaprolactam, N-vinylbutyrolactam, hydrogenated vinylthiazoles and hydrogenated vinyl oxazoles.
  • the process can be carried out in any halogen-free solvents.
  • Preference is given to toluene, xylene, acetates, preferably butyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate; Ketones, preferably ethyl methyl ketone, acetone; ether; Aliphatic, preferably pentane, hexane; Alcohols, preferably cyclohexanol, butanol, hexanol but also biodiesel.
  • Block copolymers of composition AB can be prepared by sequential polymerization. These polymers can be coupled to block copolymers of the BA-AB form. By combining hard and soft blocks, it is possible in this way to realize a further property profile - and thus a wider applicability - of the products according to the invention. Even more extensive block structures with distribution of additional functionalities or other blocks is an option.
  • the polymerization can be carried out at atmospheric pressure, underpressure or overpressure.
  • the polymerization temperature is not critical. In general, however, it is in the range of -20 0 C to 200 0 C, preferably from 0 ° C to 130 0 C and particularly preferably from 50 ° C to 120 ° C.
  • the polymers obtained according to the invention have a number average molecular weight between 5000 g / mol and 120,000 g / mol and more preferably between 7500 g / mol and 50,000 g / mol.
  • the molecular weight distribution is less than 1, 8, preferably less than 1, 6, more preferably less than 1, 4 and ideally less than 1.2.
  • the initiator used may be any compound which has an atom or atomic groups X which are radically transferable under the polymerization conditions of the ATRP process.
  • the active group X is usually Cl, Br, I, SCN and / or N 3 .
  • Suitable initiators broadly include the following formulas:
  • R 1 R 2 R 3 CX, R 1 C ( O) -X, R 1 R 2 R 3 Si-X, R 1 NX 2 , R 1 R 2 NX, (R 1 ) n P (O) m - 3- X n, (R 1 O) n P (O) m - X 3-n and (R 1) (R 2 O) P (O) m -X,
  • R 4 is an alkyl group of 1 to 20 carbon atoms, each hydrogen atom being independently represented by a halogen atom , preferably fluoride or chloride may be replaced or alkenyl of 2 to 20 carbon atoms, preferably vinyl, alkenyl of 2 to 10 Kolenstoffatomen, preferably acetylenyl, phenyl, which may be substituted by 1 to 5 halogen atoms or alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, or aralkyl and wherein R 1 , R 2 and R 3 are independently selected from the group consisting
  • non-functionalized initiators include benzyl halides such as p-chloromethylstyrene, hexakis ( ⁇ -bromomethyl) benzene, benzyl chloride, benzyl bromide, 1-bromo-1-phenylethane, and 1-chloro-1-phenylethane.
  • carboxylic acid derivatives which are halogenated at the ⁇ -position, such as, for example, propyl 2-bromopropionate, methyl 2-chloropropionate, ethyl 2-chloropropionate, methyl 2-bromopropionate or ethyl 2-bromoisobutyrate.
  • tosyl halides such as p-toluenesulfonyl chloride; Alkyl halides such as carbon tetrachloride, tribromoethane, 1-vinylethyl chloride or 1-vinylethyl bromide; and halogen derivatives of phosphoric acid esters such as dimethylphosphonic acid chloride.
  • a second group of initiators are the compounds of the general structure X-R-Fi additionally functionalized with a group Fi.
  • X stands for the group already described above, which is radically transferable in the ATRP.
  • Fi is a hydroxy, amino, te / f-butyl, epoxy, vinyl, allyl, cyano, silyl or azide group.
  • R is an organic residue.
  • R A R 1 , R 2 , R 3 and R 4 stand for any organic radicals.
  • both R 1 and R 2 are hydrogen.
  • R 3 and R 4 are preferably hydrogen and / or CH 3 groups.
  • a is any number between 0 and 12, preferably between 0 and 6 and very particularly preferably between 0 and 2.
  • doubly functionalized initiators of this structure are te / t-butyl 2-bromopropionate, tert-butyl 2-bromoisobutyrate, Hydroxyethyl 2-bromopropionate, hydroxyethyl 2-bromoisobutyrate, vinyl chloroacetate, allyl chloroacetate, glycidyl 2-bromopropionate and glycidyl 2-bromoisobutyrate.
  • Initiators which, like te / t-butyl-2-bromopropionate, are a te / t-butyl ester are to be regarded as prepolymers for acid functionalization. It is known to those skilled in the art how easily a te / t-butyl ester e.g. thermally convertible with the elimination of isobutene in an acid.
  • cyanofunctional initiators which usually have no ester group.
  • examples listed are 4-cyanobenzyl bromide, bromoacetonitrile and 2-bromo-cyanopropane.
  • Catalysts for ATPR are described in Chem. Rev. 2001, 101, 2921. Copper complexes are predominantly described, but also iron, cobalt, chromium, manganese, molybdenum, silver, zinc, palladium, rhodium, platinum, ruthenium, iridium, ytterbium, Samarium, rhenium and / or nickel compounds for use. In general, all transition metal compounds can be used which can form a redox cycle with the initiator, or the polymer chain, which has a transferable atomic group.
  • copper can be supplied to the system starting from Cu 2 O, CuBr, CuCl, CuI, CuN 3 , CuSCN, CuCN, CuNO 2 , CuNO 3 , CuBF 4 , Cu (CH 3 COO) or Cu (CF 3 COO).
  • An alternative to the ATRP described is a variant of the same: In the so-called reverse ATRP compounds in higher oxidation states such as CuBr 2 , CuCl 2 , CuO, CrCl 3 , Fe 2 O 3 or FeBr 3 can be used. In these cases, the reaction can be initiated using classical free radical generators such as AIBN. In this case, the transition metal compounds are initially reduced because they are reacted with the radicals generated from the classical radical formers.
  • the reverse ATRP has been described, inter alia, by Wang and Matyjaszewski in Macromolekules (1995), Vol. 28, p. 7572ff.
  • a variant of the reverse ATRP represents the additional use of metals in the oxidation state zero.
  • Transition metal compounds of the higher oxidation state an acceleration of the reaction rate is effected. This process is described in more detail in WO 98/40415.
  • the molar ratio of transition metal to monofunctional initiator is generally in the range from 0.01: 1 to 10: 1, preferably in the range from 0.1: 1 to 3: 1 and particularly preferably in the range from 0.5: 1 to 2: 1, without this being a restriction.
  • the molar ratio of transition metal to bifunctional initiator is generally in the range from 0.02: 1 to 20: 1, preferably in the range from 0.2: 1 to 6: 1 and particularly preferably in the range from 1: 1 to 4: 1, without this being a limitation.
  • ligands are added to the system.
  • the ligands facilitate the abstraction of the transferable atomic group by the transition metal compound.
  • a list of known ligands can be found, for example, in WO 97/18247, WO 97/47661 or WO 98/40415.
  • the compounds used as ligands usually have one or more nitrogen, oxygen, phosphorus and / or sulfur atoms. Particularly preferred are nitrogen-containing compounds. Very particularly preferred are nitrogen-containing chelate ligands.
  • Examples include 2,2'-bipyridine, N, N, N ', N ", N” - pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA), tris (2-aminoethyl) amine (TREN), N, N, N', N '- tetramethylethylenediamine or 1,1,7,7,10,10-hexamethyltriethylenetetrannin.
  • PMDETA pentamethyldiethylenetriamine
  • TREN 2,2-aminoethyl amine
  • N, N', N '- tetramethylethylenediamine or 1,1,7,7,10,10-hexamethyltriethylenetetrannin 1,1,7,7,10,10-hexamethyltriethylenetetrannin.
  • ligands can form coordination compounds in situ with the metal compounds, or they can first be prepared as coordination compounds and then added to the reaction mixture.
  • the ratio of ligand (L) to transition metal is dependent on the denticity of the ligand and the coordination number of the transition metal (M).
  • the molar ratio is in the range 100: 1 to 0.1: 1, preferably 6: 1 to 0.1: 1 and more preferably 3: 1 to 1: 1, without this being a restriction.
  • Crucial to the present invention is that the ligands are protonatable.
  • ligands present in the coordination compound in a 1: 1 ratio to the transition metal are preferred.
  • ligands such as 2,2'-bipyridine bound in the complex in a ratio to the transition metal of 2: 1 complete protonation can only occur if the transition metal is present in a significant deficit of e.g. 1: 2 to the active chain end X is used.
  • Such a polymerization would be greatly slower than one with equivalent complex X ratios and not preferred because of incomplete protonation when used equiva- lently.
  • the average molecular weights and molecular weight distributions are determined by gel permeation chromatography (GPC).
  • MMA methyl methacrylate
  • Sulfur reagents forms shows, with ⁇ 10 ppm, an extremely low sulfur content, so that precipitation of the metal can be excluded as a sulfide.
  • the polymer The elemental analysis of the polymer solution shows a very high sulfur content even after removal of the second colorless precipitate. Almost all of the sulfur added to the system is found in the solution or dried product.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Kupplung von zwei Polymerketten zu endgruppenfunktionalisierten Polymeren, die simultane Fällung von Übergangsmetallen aus Polymerlösungen sowie die Entfernung von Halogenatomen von Polymerkettenenden.

Description

Verfahren zur Herstellung telecheler Polymere
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Synthese von Polymeren mit funktionellen Endgruppen, die mittels Atom Transfer Radikal Polymerisation (im Folgenden kurz ATRP) hergestellt wurden. Ein besonderer Aspekt ist die Herstellung telecheler Polymethacrylate, Polyacrylate oder Polystyrole. Bei den funktionellen Gruppen kann es sich beispielsweise um Hydroxy-, Amin-, SiIyI- oder olefinische Gruppen handeln. Die Erfindung betrifft ganz insbesondere die Initiierung einer ATRP mit funktionalisierten Initiatoren und die polymerisationsabschließende Kupplung zweier solcher einseitig funktionalisierter Ketten zu einem telechelen Polymer.
Ein ganz besonderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass durch die Zugabe eines Kupplungsreagenz in einem Verfahrensschritt gleichzeitig eine Entfernung der Übergangsmetallverbindungen aus der Polymerisationslösung mittels Fällung und eine Salzbildung der zuvor an den Übergangsmetall koordinierten Liganden, die wiederum eine einfache Entfernung der selben ermöglicht, erfolgt.
Die ATRP stellt ein wichtiges Verfahren zur Darstellung einer Vielzahl von Polymeren wie z.B. Polyacrylaten, Polymethacrylaten oder Polystyrolen dar. Mit dieser Art der Polymerisation ist man dem Ziel maßgeschneiderter Polymere ein gutes Stück näher gekommen. Die ATRP-Methode wurde in den 1990-er Jahren maßgeblich von Prof. Matyjaszewski entwickelt (Matyjaszewski et al., J.Am.Chem.Soc, 1995, 117, S.5614; WO 97/18247; Science, 1996, 272, S.866). Die ATRP liefert engverteilte (Homo)Polymere im Molmassenbereich von Mn= 5.000 - 120.000 g/mol. Ein besonderer Vorteil dabei ist, dass sowohl das Molekulargewicht als auch die Molekulargewichtsverteilung regelbar sind. Als lebende Polymerisation gestattet sie ferner den gezielten Aufbau von Polymerarchitekturen wie beispielsweise statistische Copolymere oder auch Block-Copolymer-Strukturen. Durch entsprechende Initiatoren sind z.B. zusätzlich ungewöhnliche Block-Copolymere und Sternpolymere zugänglich. Theoretische Grundlagen zum Polymehsationsmechanismus sind unter anderem in Hans Georg Elias, Makromoleküle, Band 1 , Θ.Auflage, Weinheim 1999, S.344 erläutert.
Stand der Technik
Die Entwicklung eines Verfahrensschrittes in der ATRP, bei dem gleichzeitig das Halogen am Kettenende des Polymers entfernt wird, das Übergangsmetall vollständig gefällt wird, der Ligand in eine leicht abzutrennende ionische Form überführt wird und die Kupplung zweier monofunktioneller Polymerketten zu einem beidseitig endgruppenfunktionalisierten Polymer vorgenommen werden kann, ist in keiner Weise Stand der Technik. Dies gilt allein schon für die Kombination aus der gleichzeitigen Übergangsmetallfällung und Kupplung zweier Kettenenden. Eine Kombination aus allen drei Funktionen ist im Stand der Technik bis dato nicht beschrieben. Im Folgenden wird dieser Schrift daher auf die Aspekte Endgruppenfunktionalisierung bzw. Kupplung zweier ATRP-Produkte beschränkt.
Der ATRP-Prozess beruht auf einem Redoxgleichgewicht zwischen einer schlafenden und einer aktiven Spezies. Bei der aktiven Spezies handelt es sich um die nur in geringer Konzentration vorliegende wachsende, radikalische Polymerkette sowie eine Übergangsmetallverbindung in höherer Oxidationsstufe (z.B. Kupfer II). Die schlafende, bevorzugt vorliegende Spezies ist die Kombination aus der mit einem Halogen bzw. einem Pseudohalogen terminierten Polymerkette und der entsprechenden Übergangsmetallverbindung in geringerer Oxidationsstufe (z.B. Kupfer I). Dies gilt sowohl für die ATRP in der eigentlichen Form, die mit (Pseudo-)Halogen substituierten Initiatoren gestartet wird, als auch für die weiter unten beschriebene reverse ATRP, bei der das Halogen erst bei Einstellung des Gleichgewichts an die Polymerkette gebunden wird. Das Halogenatom verbleibt unabhängig von dem gewählten Verfahren nach Abbruch der Reaktion an den jeweiligen Kettenenden. Diese endständigen Halogenatome können in mehrfacher Hinsicht von Nutzen sein. In einer großen Zahl von Schriften wird die Verwendung eines solchen Polymers als Makroinitiator nach einer Aufreinigung oder durch sequentielle Zugabe weiterer Monomerfraktionen zum Aufbau von Blockstrukturen beschrieben. Als repräsentatives Beispiel sei auf US 5,807,937 bzgl. der sequentiellen Polymerisation und auf US 6,512,060 bzgl. der Synthese von Makroinitiatoren verwiesen.
Problematisch ist jedoch die dem Fachmann durchaus bekannte thermische Instabilität solcher Halogen-funktionalisierter Polymere. Insbesondere Polymethacrylate bzw. Polyacrylate erweisen sich bei Vorhandensein terminaler Halogenatome deutlich empfindlicher gegenüber einer Depolymerisation. Daher ist eine Methode zur Entfernung dieser endständigen Halogenatome von großem Interesse. Ein weit verbreitetes Verfahren basiert auf der Substitution der Halogene mit Metallalkoholaten unter Fällung des gebildeten Metallhalogenids. Ein solches Verfahren wird zum Beispiel in US 2005/0900632 beschrieben. Nachteil an diesem Vorgehen ist die nur begrenzte Verfügbarkeit der Metallalkoholate, deren Kosten und dass das Verfahren nur nach einer Reinigung der Polymere in einem separaten Prozessschritt durchgeführt werden kann. Außerdem ist auf diesem Weg die direkte Funktionalisierung mit einer Hydroxylgruppe nicht möglich. Ähnliches gilt auch für andere Verfahren zur Substitution der endständigen Halogengruppen: Sowohl Azide (s. Matyjeszewski et al., Macromol. Rapid Commun, 18, 1057-66. 1997) als auch Phosphine (Coessens, Matyjaszewski, Macromol. Sei. Pure Appl. Chem., 36, 653-666, 1999) führen nur zu unvollständigen Umsätzen, sind toxikologisch sehr bedenklich, sind zur direkten Hydroxyfunktionalisierung schlecht geeignet und sind kostenintensiv. Ferner sind auch diese Verfahren nur in einer polymeranalogen Reaktion nach einer Produktaufarbeitung anwendbar.
Erfindungsgemäß wird zur Substitution der endständigen Halogenatome ein Mercaptan wie zum Beispiel Mercaptoethanol eingesetzt. Einzig in Snijder et al. (J. of Polym. Sei.: Part A: Polym. Chem.) wird eine solche Substitutionsreaktion mit Mercaptoethanol kurz beschrieben. Ein Unterschied zu der vorliegenden Erfindung ist die polymeranaloge Durchführung. In der beschriebenen Schrift wird die Substitutionsreaktion erst nach Aufreinigung des ATRP-Produktes in einer zweiten Reaktionsstufe durchgeführt. Damit ergibt sich direkt ein zweiter wichtiger Unterschied zur vorliegenden Erfindung. Der erfindungsgemäße Effekt der Fällung der Übergangsmetallverbindungen aus der ATRP- Lösung durch Zugabe von Mercaptanreagenzien wird in dieser Schrift nicht beschrieben. Weitere Alternativen sind das Abfangen der zeitweise radikalisch vorliegenden Kettenenden mit stabilen, hydroxyfunktionalisierten Radikalen wie Nitroxiden (siehe z.B: Beyou et al., Macromol. Chem. Phy., 202, 974-9, 2001 ) oder durch gezielte Rekombination der radikalischen Kettenenden unter vorheriger Verwendung Hydroxylgruppen tragender Initiatoren. Beide Verfahren benötigen einen zusätzlichen, Zeitaufwand igen Eingriff in das Polymerisationsverfahren. Dies können zum Beispiel verfahrenstechnisch ungünstige Temperaturerhöhungen sein. Auch ist dem Fachmann leicht ersichtlich, dass dieses Verfahren weder die Katalysatorentfernung erleichtert, noch dass es zu den ATRP typischen Polymeren mit engen Molekulargewichtsverteilungen führen kann. Diese Methode wird in der Literatur oft als ATRA (Atom transfer radical addition) bezeichnet. Eine Variante der ATRA ist die Zugabe von Reagenzien, die in-situ in zwei Radikale zerfallen, von denen eins wiederum irreversibel ein radikalisches Kettenende abfängt und das zweite kleinere neue Ketten startet. Nachteil dieses Vorgehens ist neben der wieder verringerten Reaktionsgeschwindigkeit die schlechte kommerzielle Verfügbarkeit der benötigten Reagenzien und das Freisetzen zusätzlicher Radikale, die entweder sehr schnell abgefangen werden müssen oder aber zu unerwünschten oligomeren Nebenprodukten führen. Beispielhaft wird dieses Verfahren in den Arbeiten von Sawamoto beschrieben (Macromolecules, 31 ,6708-11 , 1998 und J Polym. Sei. Part A: Polym. Chem., 38, 4735- 48, 2000).
Eine Variante der ATRA ist das Endcapping wachsender Polymerketten mit Monomereinheiten, die einmalig radikalisch an das Kettenende eingebaut werden können, darauf aber ein stabiles halogeniertes Kettenende bilden und entsprechend ein weiteres Ketten Wachstum verhindern. Dabei kann es sich zum Beispiel um Olefine handeln, die durchaus auch selbst funktionalisiert sein können. Ein Beispiel für eine solche Verbindung mit Hydroxylgruppe ist Allylalkohol (Coessens, Matyjaszewski, Macromol. Rapid Commun., 20, 127-134, 1999). In einer Polymerisation mit bifunktionellen Initiatoren und einem beidseitigen Endcapping sind auf diesem Wege Hydroxytelechele darstellbar. Nachteilig an diesem Verfahren gegenüber dem erfindungsgemäßen sind das weiterhin bromierte und damit thermisch instabile
Kettenende, das fehlende parallele Ausfällen der Übergangsmetallverbindungen und ein nicht vollständiger Umsatz der Kettenenden (siehe Keul et al., Macrom. Symp., 161 , 63-72, 2000).
Eine weitere Variante der ATRA stellt die so genannte ATRC (Atom transfer radical coupling) dar. Die ATRC geht auf Fukuda (e-Polymers, no.013, 2002) zurück und wird bei Matyjaszewski (Macromol. Chem. Phys., 205, 154-164, 2004) für Polystyrole näher beschrieben. Bei diesem Vorgehen werden in einem ersten Schritt Hydroxylgruppen tragende, bromierte Initiatoren zur ATRP von Styrol verwendet. Nach der Produktreinigung wird das System mit Cu(0) und einem z.B. aus der ATRP bekannten Liganden versetzt. Mit diesem neuen Katalysatorsystem erfolgt unter Entfernung der endständigen Bromatome eine Kupplung der beiden Kettenenden. Die ursprünglichen, noch hydroxyfunktionalisierten Initiatorreste stellen in diesem Polymer die neuen Kettenenden. Nachteilig ist jedoch, dass das System nur für eine eingeschränkte Zahl von Monomeren anwendbar ist. So funktioniert eine Kupplung von Acrylaten oder Methacrylaten nur dann, wenn man kurze Styrolsegmente am Ende der ATRP einbaut. Nachteilig sind weiterhin die erneut getrennte Durchführung und die Zugabe weiterer Kupferverbindungen, die erneut umständlich entfernt werden müssen.
Einfacher ist dagegen die beidseitige Endgruppenfunktionalisierung bei gleichzeitig kontrollierten Polymerisationsbedingungen unter Verwendung der RAFT-Polymehsation (Reversible addition fragmentation chain transfer polymerization). Bei diesem Prozess wird das Radikal auf ein spezielles RAFT-Agens übertragen, welches im weiteren Polymerisationsverlauf z.B. wechselseitig als bifunktionelles radikalisches Übertragungsreagenz fungiert. Dabei wird bei der Übertragung ein z.B. hydroxyfunktioneller Teils des Agens an das spätere Kettenende positioniert. Die Verwendung solcher zweifach hydroxyfunktionalisierter RAFT-Agentien ist zum Beispiel in Lima et al. (J. of Polym. Sei., Part A: Polym. Chem., 43, 959-73, 2005) nachzulesen. Ein großer Nachteil dieser RAFT-Produkte gegenüber ATRP-Produkten und insbesondere gegenüber den erfindungsgemäßen Polymeren ist die verminderte Thermostabilität der im Polymer eingebauten Reste der RAFT-Agentien, bei denen es sich zumeist um Trithiocarbonate handelt. Weitere Nachteile sind die eventuelle
Produktfarbigkeit und der starke Geruch verbleibender Schwefelverbindungen, die z.B. bei einem thermischen Abbau freigesetzt werden können. Im Gegensatz dazu sind die erfindungsgemäß in die Polymerkette eingebauten Thioethergruppen thermisch deutlich stabiler. Dies erschließt sich dem Fachmann sehr leicht aus den Polymereigenschaften von freiradikalisch, unter Zugabe von Reglern auf Mercaptanbasis hergestellten Polymeren als Vergleichssubstanz.
Hydroxyfunktionalisierte Polyacrylate, Polymethacrylate oder Polystyrole können in breiten Anwendungsgebieten Verwendung finden. Dabei kann die Hydroxylgruppe gleich mehrere Funktionen ausüben. Zum einen beeinflussen polare Gruppen die Mischbarkeit von Polymeren und damit z.B. die mechanischen Eigenschaften von Polymerblends. Weiterhin haben Hydroxylgruppen eine große Bedeutung in Bezug auf Oberflächenhaftung. Dies gilt beispielsweise sowohl für die Haftung auf Oberflächen, wie es bei Beschichtungen oder Lacken gebraucht wird. Es gilt zum anderen aber auch für die Oberflächenhaftung an kleinsten Partikeln, wie es z.B. bei der Dispergierung von Pigmenten oder Füllstoffen benötigt wird. Eine dritte Bedeutung finden Hydroxylgruppen nicht zuletzt als Reaktivgruppen. Dies findet insbesondere Verwendung in Reaktivklebstoffen, Dichtmassen und Heißklebemassen. Da die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymere über einen eher geringen Hydroxylanteil verfügen, wird in der weiteren Betrachtung des Standes der Technik die Bedeutung von Poly(meth)acrylaten mit engen Breiten der Molekulargewichtsverteilung in Reaktivklebstoffen als Beispiel betrachtet. Dies soll nur die Verbesserung des
Standes der Technik an einem potentiell wichtigen Verwendungsbeispiel der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymere darstellen. Die Beispiele dienen jedoch nicht dazu, die genaue Zusammensetzung oder die Verwendung der Polymere in irgendeiner Weise einzugrenzen: Reaktivklebstoffe sind bei Raumtemperatur feste Substanzen. Sie werden durch
Erwärmen aufgeschmolzen und auf ein Substrat aufgebracht. Beim Abkühlen verfestigt sich die Klebmasse wieder und bindet somit das Substrat. Zusätzlich vernetzen die in der Klebmasse enthaltenen Polymere durch Reaktion mit Feuchtigkeit. Durch diesen Vorgang erfolgt ein endgültiges, irreversibles Aushärten. Derartige Klebstoffe sind zum Beispiel in US 5,021 ,507 beschrieben. Hauptbestandteil dieser Klebstoffe sind Verbindungen mit freien Isocyanatgruppen, welche meist durch Kondensationsreaktion eines Überschusses von Polyisocyanatgruppen mit Polyolen erhalten werden. Zur Verbesserung der Hafteigenschaften auf bestimmten Substraten wurden diesen Verbindungen mit freien Isocyanatgruppen Bindemittel, bestehend aus Polymeren aus ethylenisch ungesättigten Monomeren, zugegeben. Als Bindemittel werden typischerweise Polyalkyl(meth)acrylate mit d- bis C2o-Alkylgruppen verwendet. Diese werden aus den entsprechenden Monomeren entweder vor der Zugabe zu den Urethanen oder in deren Beisein mittels freier, radikalischer Polymerisation hergestellt.
In US 5,866,656 sowie in EP 1036103 werden Reaktivschmelzklebstoffe beschrieben, bei denen die Bindemittel aus Poly(meth)acrylat kovalent an die Verbindungen mit freien Isocyanatgruppen in der Klebstoffzusammensetzung gebunden sind. Da diese Bindung meist durch eine Kondensationsreaktion erfolgt, spricht man bei solchen Klebstoffen, bei denen diese Bindung ausgebildet ist, von Klebstoffen in der Kondensationsstufe. Die so erhaltenen Klebstoffe zeichnen sich gegenüber denen in US 5,021 ,507 beschriebenen durch eine erhöhte Elastizität und eine verbesserte Haftung auf bestimmten Metallsubstraten sowie einer längeren offenen - zur Verarbeitung zur Verfügung stehenden - Zeit aus.
Allerdings weisen diese Reaktivschmelzklebstoffe erhebliche Nachteile auf. So zeigen sie zum Beispiel nur eine geringe Anfangsfestigkeit. Daraus resultiert eine besonders lange, nachteilige Fixierzeit nach dem Auftragen der Klebmasse. Ein weiterer Nachteil der Reaktivklebstoffe des Standes der Technik ist die bei der Verarbeitung relevante, hohe Viskosität. Dadurch ist ein Verarbeiten des geschmolzenen Reaktivschmelzklebstoffs, vor allem das Auftragen auf poröse Substrate, deutlich erschwert. Teilweise tritt auch eine Vergelung in der Kondensationsstufe auf. Ein weiterer Nachteil ist, dass der extrahierbare Anteil im ausgehärteten Klebstoff recht hoch ist. Dies verringert unter anderem die Beständigkeit der Klebmasse gegenüber Lösungsmitteln.
Ein weiterer Nachteil ist eine häufig nur ungenügende Viskositätsstabilität des Reaktivschmelzklebstoffs in der Schmelze bei z.B. 130 0C, wodurch vor allem die Verarbeitbarkeit erschwert wird. Weiterhin nachteilig ist, dass die freiradikalisch polymerisierten Materialien auch einen höheren Anteil niedermolekularer Bestandteile, die an den Vernetzungsreaktionen nicht teilnehmen und den extrahierbaren Bestandteil entsprechender Reaktivschmelzklebstoffe darstellen, enthalten. Mit der ATRP-Methode ist man dem Ziel maßgeschneiderter Polymere ein gutes Stück näher gekommen. Die ATRP wurde speziell auch mit 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat (HEMA) als Hydroxylgruppen tragendes Monomer entwickelt (Beers et al., Macromolecules; 1999, 32, S.5772-5776).
Die oben beschriebenen Probleme wurden in WO 05/047359 insofern gelöst, dass durch Anwendung einer kontrollierten Polymerisationsmethode, in Form der ATRP, Bindemittel mit sehr engen Molekulargewichtsverteilungen zur Verfügung gestellt werden konnten, die durch den gegenüber freiradikalisch polymerisiert (Meth)acrylaten einen nur geringen Anteil hochmolekularer Bestandteile aufweisen. Diese Bestandteile bewirken in Polymermischungen insbesondere eine Erhöhung der Viskosität. Weiterhin enthalten diese Polymere auch einen deutlich geringeren Anteil niedermolekularer und damit extrahierbarer Bestandteile. Der geringere Anteil solcher Bestandteile erhöht die Wetterbeständigkeit, verlangsamt die Produktalterung und führt zu einer deutlich verbesserten Chemikalienbeständigkeit.
Nachteil der nach WO 05/047359 dargestellten Reaktivklebstoffe ist jedoch eine statistische Verteilung der Hydroxy-, Mercapto-, bzw. Amingruppen in der Polymerkette des Bindemittels. Dies führt zu einer engmaschigen Vernetzung und einer somit verminderten Elastizität der Klebemasse. Daraus kann auch eine Verschlechterung der Substratbindung resultieren. Dieser Nachteil kommt insbesondere zum Tragen, wenn zusätzlich die Polyisocyanate als Formulierungsbestandteil des Reaktivschmelzklebstoffs mit einer größeren Zahl freier Isocyanatgruppen funktionalisiert sind. In diesem Fall ist ein Poly(meth)acrylat mit ausschließlicher Endgruppenfunktionalisierung als Coformulierungsbestandteil in mehrfacher Hinsicht von großem Vorteil: Zum einen lassen sich durch Wahl geeigneter Polyisocyanate längere Verarbeitungszeiten einstellen. Zum anderen behalten Polymernetzwerke, in denen eine Komponente nur über die Kettenendgruppen eingebaut ist, eine besondere Flexibilität. Diese erhöhte Flexibilität der Netzwerke bei gleichzeitig höherer Beständigkeit ist auch in anderen Anwendungsbereichen wie zum Beispiel bei Dichtstoffen von großer Bedeutung.
Zur Auflistung und Beschreibung der freie Isocyanatgruppen tragenden Verbindungen sei auf die WO 05/047359 verwiesen.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, jeweils ein Kettenende zweier durch Atom Transfer Radikal Polymerisation (ATRP) hergestellter Polymere mittels eines geeigneten Reagenz aneinander zu kuppeln.
Zusätzlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Polymere mittels ATRP herzustellen, die an über 90% der Kettenenden funktionelle Gruppen aufweisen. Bei diesen funktionellen Gruppen kann es sich insbesondere um Hydroxy-, Amin-, SiIyI- oder olefinische Gruppen handeln. Zusätzlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Polymere mittels ATRP herzustellen, die keine oder nur in Spuren Halogene bzw. Pseudohalogene enthalten. Damit ist es auch Aufgabe, die thermische Stabilität dieser Polymere gegenüber halogenhaltigen Produkten zu verbessern.
Insbesondere ist es Aufgabe dieser Erfindung, die Funktionalisierung und die gleichzeitige Halogenentfernung im Rahmen eines großtechnisch einfach zu realisierenden und wirtschaftlichen Prozesses durchzuführen. Ganz insbesondere ist es Aufgabe, die Funktionalisierung ohne zusätzliche Produktaufarbeitung direkt am Ende des eigentlichen ATRP-Prozesses im gleichen Reaktionsgefäß durchzuführen (one-pot- reaction). Parallel ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, mit dem gleichen Verfahrensschritt gleichzeitig ein großtechnisch realisierbares Verfahren zur Abtrennung von Übergangsmetallkomplexen aus Polymerlösungen zur Verfügung zu stellen. Zugleich soll das neue Verfahren kostengünstig und schnell durchführbar sein. Darüber hinaus war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das ohne aufwändige Umbauten auf bekannten, zur Lösungspolymerisation geeigneten Anlagen implementiert werden kann. Eine weitere Aufgabe war es, bereits nach einem Filtrationsschritt besonders niedrige Restkonzentrationen der Übergangsmetallkomplexverbindungen zu realisieren.
Lösung
Gelöst wurde die Aufgabe durch Initiierung einer ATRP mit einem bifunktionellen Initiator, der eine Funktionalität X und optional eine weitere Funktionalität Fi aufweist. Bei X handelt es sich um eine zur Initiierung einer ATRP üblicherweise verwendete Funktionalität wie z.B. ein Halogenatom oder eine Pseudohalogengruppe. Bei Fi handelt es sich um eine zweite Funktionalität, die unter ATRP-Bedingungen nicht als Initiator wirksam ist. Insbesondere kann es sich dabei um eine Hydroxy-, Amin-, SiIyI- oder olefinische Gruppe handeln.
Nach erfolgter Polymerisation wird die Reaktion durch Zugabe eines Terminierungsreagenz abgebrochen. Bestandteil dieser Erfindung ist es weiter, dass es sich bei diesem Terminierungsreagenz um eine bifunktionelle Verbindung mit zwei Funktionalitäten F2 handelt. Bei F2 handelt es sich um eine Gruppe, die dazu geeignet ist die Funktionalität X am zuvor polymerisationsaktiven Kettenende des Polymers zu substituieren. Insbesondere handelt es sich bei F2 um eine Thiolgruppe. Durch Verwendung bifunktioneller Terminierungsreagenzien ist es auf diese Weise möglich, zwei Polymere jeweils mit einem Kettenende miteinander zu kuppeln.
Durch Substitution der endständigen aktiven Gruppen eines mittels ATRP synthetisierten Polymers mit besagten Schwefelverbindungen werden die jeweiligen Kettenenden mit der zweiten Gruppe F2 funktionalisiert. Diese wiederum reagiert unter Substitution mit dem aktiven, eine Gruppe X tragenden Kettenende eines zweiten
Polymers unter Kupplung beider Polymerketten. Gleichzeitig werden die endständigen Halogenatome von dem Polymer entfernt, die als Katalysator eingesetzte Übergangsmetallkoordinationsverbindung gequenscht und damit das Metall nahezu vollständig ausgefällt. Dieses kann anschließend mittels Filtration einfach abgetrennt werden. Im Detail führt die Zugabe von Mercaptanen zu Halogen terminierten Polymerketten, wie sie während oder am Ende eines ATRP Prozesses vorliegen, zu einer Substitution des Halogens. Am Kettenende des Polymers bildet sich somit eine Thioethergruppe, wie sie bereits aus der freiradikalischen Polymerisation mit auf Schwefel basierenden Reglern bekannt ist. Als Abspaltungsprodukt wird ein Halogenwasserstoff gebildet.
Ein ganz besonderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass durch die Zugabe eines Reagenz in einem Verfahrensschritt gleichzeitig eine Entfernung der endständigen Halogenatome von den Polymerketten, eine Entfernung der Übergangsmetallverbindungen mittels Fällung und eine Salzbildung der zuvor an den Übergangsmetall koordinierten Liganden, die wiederum eine einfache Entfernung der Liganden vom Übergangsmetall ermöglicht, erfolgt.
Im Detail erfolgt bei der Zugabe besagter Schwefelverbindung wahrscheinlich folgendes: Als Initiator werden in der ATRP Verbindungen eingesetzt, die eine oder mehrere Atome bzw. Atomgruppen X aufweisen, welche unter den Polymerisationsbedingungen des ATRP-Verfahrens radikalisch übertragbar sind. Bei der Substitution der aktiven Gruppe X am jeweiligen Kettenende des Polymers wird eine Säure der Form X-H freigesetzt. Der sich bildenden Halogenwasserstoff kann in organischen Polymerisationslösungen nicht hydrolisiert werden und verfügt somit über eine besonders ausgeprägte Reaktivität, die zu einer Protonierung der unten beschriebenen, zumeist basischen Liganden an der Übergangsmetallverbindung führt. Dieses Quenschen des Übergangsmetallkomplexes verläuft äußerst schnell und ergibt eine direkte Fällung der nun unmaskierten Übergangsmetallverbindungen.
Das Übergangsmetall fällt dabei in der Regel in der Form aus, in der es am Anfang der Polymerisation eingesetzt wurde: z.B. im Falle von Kupfer als CuBr, CuCI oder CU2O. Unter der Bedingung, dass das Übergangsmetall simultan z.B. durch Einleiten von Luft oder durch Zugabe von Schwefelsäure oxidiert wird, fällt die
Übergangsmetallverbindung zusätzlich in der höheren Oxidationsstufe aus. Durch die erfindungsgemäße Zugabe besagter Schwefelverbindungen kann die Übergangsmetallfällung im Gegensatz zu dieser oxidationsbedingten Fällung darüber hinaus nahezu quantitativ erfolgen. So gelingt es bereits nach einem Filtrationsschritt besonders niedrige Restkonzentrationen der Übergangsmetallkomplexverbindungen von unter 5 ppm zu realisieren.
Um diesen Effekt zu erreichen, muss der erfindungsgemäße Einsatz besagter Schwefelverbindung bezogen auf die aktive Gruppe X am Polymerkettenende nur in einem Verhältnis von z.B. 0,55 Äquivalenten eingesetzt werden. Dies entspricht einem Verhältnis von Mercaptogruppen zur aktiven Gruppe X von 1 ,1 Äquivalenten. Ein höherer Überschuss würde, wie dem Fachmann leicht ersichtlich ist, zu einer deutlich schlechteren Kupplungsausbeute führen. Ein entsprechendes Verhältnis gilt bezogen auf den Liganden L: Bei Komplexen, in denen das Übergangsmetall und der Ligand im Verhältnis 1 :1 vorliegen, genügt ebenfalls ein nur sehr geringer Überschuss der Schwefelverbindung, um ein vollständiges Quenschen des Übergangmetallkomplexes zu erreichen. Beispiele für solche Liganden sind das weiter unten beschriebenen N, N, N', N", N"- Pentamethyldiethylenthamin (PMDETA) und Ths(2-aminoethyl)amin (TREN).
Bestandteil dieser Erfindung ist darüber hinaus, dass die verwendeten Schwefelverbindungen nahezu vollständig an die Polymerketten gebunden werden, und dass man mittels einfacher Modifikationen in der Filtration die Restschwefelanteile ganz einfach vollständig entfernen kann. Auf diese Weise erhält man Produkte, die keinen unangenehmen, schwefelverbindungsbedingten Geruch aufweisen.
Ein großer Vorzug der vorliegenden Erfindung ist die effiziente Entfernung der Übergangsmetallkomplexe aus der Lösung. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, den Übergangsmetallgehalt mit einer Filtration um mindestens 80 %, bevorzugt um mindestens 95 % und ganz besonders bevorzugt um mindestens 99 % zu reduzieren. In besonderen Ausführungen ist es sogar durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, den Übergangsmetallgehalt um mehr als 99,9 % zu reduzieren. Bevorzugt handelt es sich bei den erfindungsgemäß nach oder während des Polymerisationsabbruchs der Polymerlösung zugegebenen Reagenzien mit zwei Gruppen F2 um Verbindungen, die Schwefel in organisch gebundener Form enthalten. Insbesondere bevorzugt handelt es sich bei den beiden Gruppen F2 in dieser zur Fällung von Übergangsmetallionen bzw. Übergangsmetallkomplexen eingesetzten schwefelhaltigen Verbindungen um zwei SH-Gruppen. Als organische Verbindungen seien ganz besonders bevorzugt bifunktionalisierte Mercaptane oder Verbindungen, die unter den Lösungsbedingungen entsprechend zwei Thiolgruppen bilden können, aufgeführt. Dabei kann es sich um organische Verbindungen wie Dithioglykol, 1 ,3- Propandithiol, 1 ,4-Butandithiol, 1 ,5-Pentandithiol oder 3,4-Dimercaptotoluol handeln. Die Verbindungen können aber auch eine Ether-, Thioether-, Ester-, Amid-, Urethan- oder andere Heteroatome enthaltende Gruppe enthalten. Ein Beispiel für ein solches Dithiol wäre 2,2'-Oxydiethanthiol.
In einer Variation ist es ferner möglich, dass besagtes binfunktionelles Terminierungsreagenz neben den beiden Gruppen F2 eine oder mehrere zusätzliche Funktionalitäten F3 aufweist. Diese Gruppen F3 gehen mit der Gruppe X keine Substitutionsreaktion ein und können gleich oder auch verschieden zur Gruppe Fi sein. Durch Einsatz einer solchen Verbindung ist es möglich, Polymerer, die genau in der Kettenmitte einfach oder mehrfach, bzw. Polymere die genau an den Kettenenden und in der Kettenmitte funktionalisiert sind, herzustellen. Ein Beispiel für eine solche Verbindung wäre 2,3-Dimercapto-1 -propanol, Beispiele für Verbindungen mit zwei funktionellen Gruppen wären meso-2,3-Dimercaptobernsteinsäure, 1 ,4-Dithioerythrit oder verschiedene 1 ,4-Dithio-threite.
Bei den insbesondere bevorzugten Verbindungen handelt es sich um kommerziell leicht verfügbare, in der freiradikalischen Polymerisation als Regler eingesetzte Verbindungen. Vorteil dieser Verbindungen ist ihre leichte Verfügbarkeit, ihr niedriger Preis und die breite Variationsmöglichkeit, die eine optimale Anpassung der Fällungsreagenzien an das jeweilige Polymerisationssystem ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung lässt sich jedoch nicht auf diese Verbindungen bzw. Beispiele einschränken. Entscheidend ist vielmehr, dass das eingesetzte Fällungsmittel zwei -SH-Gruppen aufweist bzw. zwei -SH-Gruppen unter den vorliegenden Bedingungen der Polymerlösung in situ ausbildet.
In der freiradikalischen Polymerisation wird die Menge an Reglern, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomeren, zumeist mit 0,05 Gew-% bis 5 Gew-%, angegeben. In der vorliegenden Erfindung wird die Menge der eingesetzten Schwefelverbindung nicht auf die Monomere, sondern auf die Konzentration der polymerisationsaktiven Kettenenden in der Polymerlösung bezogen. Mit polymerisationsaktiven Kettenenden ist die Summe aus schlafenden und aktiven Kettenenden gemeint. Die erfindungsgemäßen schwefelhaltigen Fällungsmittel werden in diesem Sinne bezogen auf die Initiatoranfangskonzentration in maximal 1 molaren Äquivalenten, bevorzugt maximal 0,7 molaren Äquivalenten, besonders bevorzugt unter 0,6 molaren Äquivalenten und ganz besonders bevorzugt mit 0,5 molaren Äquivalenten eingesetzt. Die verbleibenden Restschwefelmengen lassen sich durch Modifikation des folgenden Filtrationsschrittes leicht entfernen.
Es ist dem Fachmann leicht ersichtlich, dass die beschriebenen Mercaptane bei einer Zugabe zur Polymerlösung während oder nach Abbruch der Polymerisation mit Ausnahme der beschriebenen Substitutionsreaktion keinen weiteren Einfluss auf die Polymere haben können. Dies gilt insbesondere für die Breite der Molekulargewichtsverteilungen, das Molekulargewicht, zusätzliche Funktionalitäten, Glastemperatur, bzw. Schmelztemperatur bei teilkristallinen Polymeren und Polymerarchitekturen.
Weiterhin ist dem Fachmann leicht ersichtlich, dass ein entsprechendes Verfahren, welches apparativ ausschließlich auf einer Filtration der Polymerlösung beruht, leicht in einen großtechnischen Prozess ohne größere Umbauten an bestehenden Lösungspolymehsationsanlagen implementierbar ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass durch die Reduzierung auf einen oder maximal zwei Filtrationsschritte eine im Vergleich zu vielen etablierten Systemen sehr schnelle Aufarbeitung der Polymerlösung erfolgen kann. Zudem erfolgen die Substitution, die Fällung sowie die anschließende Filtration bei einer Temperatur im Bereich zwischen 00C und 1200C und weiteren Verfahrensparametern in einem gängigen Bereich.
Zur Reduzierung der letzten Spuren Schwefelverbindungen können Adsorptionsmittel oder Adsorptionsmittelmischungen eingesetzt werden. Dies kann parallel oder in aufeinanderfolgenden Aufarbeitungsschritten erfolgen. Die Adsorptionsmittel sind aus dem Stand der Technik bekannt, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Silica und/oder Aluminiumoxid, organische Polysäuren sowie Aktivkohle (z.B. Norit SX plus der Fa. Norit). Auch die Entfernung der Aktivkohle kann in einem gesonderten oder in einem zur Übergangsmetallentfernung simultanen Filtrationsschritt erfolgen. In einer besonders effizienten Variante wird die Aktivkohle nicht als Feststoff zur Polymerlösung gegeben, sondern die Filtration erfolgt durch mit Aktivkohle beladene Filter, die kommerziell verfügbar sind (z.B. AKS 5 der Fa. PaII Seitz Schenk). Auch zur Anwendung kommen kann eine Kombination aus der Zugabe von den zuvor beschriebenen sauren
Hilfsstoffen und Aktivkohle bzw. der Zuschlag der zuvor beschriebenen Hilfsstoffe und die Filtration über mit Aktivkohle beladene Filter.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Endgruppenfunktionalisierung von Polymeren unter Kupplung zweier Polymerketten, die Entfernung der endständigen Halogenatome und der Übergangsmetallkomplexe aus sämtlichen mittels ATRP- Verfahren hergestellten Polymerlösungen. Im Folgenden werden die Möglichkeiten, die sich aus der ATRP ergeben, kurz umrissen. Diese Aufzählungen sind jedoch nicht dazu geeignet die ATRP und damit die vorliegende Erfindung eingrenzend zu beschreiben. Sie dienen vielmehr dazu, die große Bedeutung und die vielseitige Einsatzmöglichkeit der ATRP und damit auch der vorliegenden Erfindung zur Aufarbeitung entsprechender ATRP-Produkte aufzuzeigen:
Die mittels ATRP polymerisierbaren Monomere sind hinlänglich bekannt. Im Folgenden werden ein paar Beispiele aufgelistet, ohne die vorliegende Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Dabei beschreibt die Schreibweise (Meth)acrylat die Ester der (Meth)acrylsäure und bedeutet hier sowohl Methacrylat, wie z.B. Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat usw., als auch Acrylat, wie z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat usw., sowie Mischungen aus beiden.
Monomere die polymerisiert werden sind ausgewählt aus der Gruppe der (Meth)acrylate wie beispielsweise Alkyl(meth)acrylate von gradkettigen, verzweigten oder cycloaliphatischen Alkoholen mit 1 bis 40 C-Atomen, wie zum Beispiel
Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, i-Butyl(meth)acrylat, t- Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Stearyl(meth)- acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, lsobornyl(meth)acrylat; Aryl- (meth)acrylate wie zum Beispiel Benzyl(meth)acrylat oder Phenyl(meth)acrylat die jeweils unsubstituiert oder 1 -4-fach substituierte Arylreste aufweisen können; andere aromatisch substituierte (Meth)acrylate wie beispielsweise Naphthyl(meth)acrylat; Mono(meth)acrylate von Ethern, Polyethylenglycolen, Polypropylenglycolen oder deren Mischungen mit 5-80 C-Atomen, wie beispielsweise Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Methoxy(m)ethoxyethylmethacrylat, 1 -Butoxy-propylmethacrylat, Cyclohexyloxymethylmethacrylat, Benzyloxymethylmethacrylat, Furfurylmethacrylat, 2- Butoxyethylmethacrylat, 2-Ethoxyethylmethacrylat, Allyloxy-methylmethacrylat, 1- Ethoxybutylmethacrylat, 1 -Ethoxyethylmethacrylat, Ethoxy-methylmethacrylat, Poly(ethylenglycol)methylether(meth)acrylat und PoIy- (propylenglycol)methylether(meth)acrylat. Die Monomerauswahl kann auch jeweilige hydroxyfunktionalisierte und/oder aminofunktionalisierte und/oder mercaptofunktionalisierte und/oder eine olefinisch funtkionalisierte Acrylate bzw. Methacrylate wie zum Beispiel Allylmethacrylat oder Hydroxyethylmethacrylat umfassen.
Neben den zuvor dargelegten (Meth)acrylaten können die zu polymehsierenden Zusammensetzungen auch aus anderen ungesättigten Monomere bestehen bzw. diese enthalten. Hierzu gehören unter anderem 1 -Alkene, wie 1 -Hexen, 1 -Hepten, verzweigte Alkene wie beispielsweise Vinylcyclohexan, 3,3-Dimethyl-1 -propen, 3-Methyl-1- diisobutylen, 4-Methyl-1 -penten, Acrylnitril, Vinylester wie z.B. Vinylacetat, insbesondere Styrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten an der Vinylgruppe, wie z.B. α-Methylstyrol und α-Ethylstyrol, substituierte Styrole mit einem oder mehreren Alkylsubstituenten am Ring wie Vinyltoluol und p-Methylstyrol, halogenierte Styrole wie beispielsweise Monochlorstyrole, Dichlorstyrole, Tribromstyrole und Tetrabromstyrole; heterocyclische Verbindungen wie 2-Vinylpyhdin, 3-Vinylpyhdin, 2-Methyl-5-vinylpyhdin, 3-Ethyl-4-vinylpyhdin, 2,3-Dimethyl-5-vinylpyridin, Vinylpyrimidin, 9-Vinylcarbazol, 3-Vinylcarbazol, 4-Vinylcarbazol, 2-Methyl-1 - vinylimidazol, Vinyloxolan, Vinylfuran, Vinylthiophen, Vinylthiolan, Vinylthiazole, Vinyloxazole und Isoprenylether; Maleinsäurederivate, wie beispielsweise
Maleinsäureanhydrid, Maleinimid, Methylmaleinimid und Diene wie z.B. Divinylbenzol, sowie die jeweiligen hydroxyfunktionalisierten und/oder aminofunktionalisierten und/oder mercaptofunktionalisierten und/oder eine olefinisch funktionalisierten Verbindungen. Ferner können diese Copolymere auch derart hergestellt werden, dass sie eine Hydroxy- und/oder Amino- und/oder Mercaptofunktionalität und/oder eine olefinische Funktionalität in einem Substituenten aufweisen. Solche Monomere sind beispielsweise Vinylpiperidin, 1 -Vinylimidazol, N-Vinylpyrrolidon, 2-Vinylpirrolidon, N- Vinylpirrolidin, 3-Vιnylpyrrolidin, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylbutyrolactam, hydrierte Vinylthiazole und hydrierte Vinyloxazole.
Das Verfahren kann in beliebigen halogenfreien Lösungsmitteln durchgeführt werden. Bevorzugt werden Toluol, XyIoI, Acetate, vorzugsweise Butylacetat, Ethylacetat, Propylacetat; Ketone, vorzugsweise Ethylmethylketon, Aceton; Ether; Aliphate, vorzugsweise Pentan, Hexan; Alkohole, vorzugsweise Cyclohexanol, Butanol, Hexanol aber auch Biodiesel.
Blockcopolymere der Zusammensetzung AB können mittels sequentieller Polymerisation dargestellt werden. Diese Polymere können zu Blockcopolymeren der Form BA-AB gekuppelt werden. Durch Kombination von Hart- und Weichblöcken ist es auf diese Weise möglich, ein weiteres Eigenschaftsprofil - und damit eine breitere Anwendbarkeit - der erfindungsgemäßen Produkte zu realisieren. Auch weitergehende Blockstrukturen unter Verteilung zusätzlicher Funktionalitäten oder weiterer Blöcke stellt eine Option dar.
Die Polymerisation kann bei Normaldruck, Unter- oder Überdruck durchgeführt werden. Auch die Polymerisationstemperatur ist unkritisch. Im Allgemeinen liegt sie jedoch im Bereich von -200C bis 2000C, vorzugsweise von 0°C bis 1300C und besonders bevorzugt von 50°C bis 120°C. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäß gewonnen Polymere ein zahlenmittleres Molekulargewicht zwischen 5000 g/mol und 120000 g/mol und besonders bevorzugt zwischen 7500 g/mol und 50000 g/mol auf.
Es wurde gefunden, dass die Molekulargewichtsverteilung unter 1 ,8, bevorzugt unter 1 ,6, besonders bevorzugt unter 1 ,4 und idealerweise unter 1 ,2 liegt.
Als Initiator kann jede Verbindung eingesetzt werden, die ein Atom bzw. eine Atomgruppen X aufweist, welche unter den Polymerisationsbedingungen des ATRP- Verfahrens radikalisch übertragbar sind. Bei der aktiven Gruppe X handelt es sich in der Regel um Cl, Br, I, SCN und/oder N3. Geeignete Initiatoren umfassen verallgemeinert folgende Formeln:
R1R2R3C-X, R1C(=O)-X, R1R2R3Si-X, R1NX2, R1R2N-X, (R1)nP(O)m-X3-n, (R1O)nP(O)m- X3-n und (R1)(R2O)P(O)m-X,
wobei X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cl, Br, I, OR4, SR4, SeR4, OC(=O)R4, OP(=O)R4, OP(=O)(OR4)2, OP(=O)OR4, O-N(R4)2, CN, NC, SCN, NCS, OCN, CNO und N3 darstellen (wobei R4 eine Alkylgruppe von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wobei jedes Wasserstoffatom unabhängig durch ein Halogenatom, vorzugsweise Fluorid oder Chlorid ersetzt sein kann oder Alkenyl von 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Vinyl, Alkenyl von 2 bis 10 Kolenstoffatomen, vorzugsweise Acetylenyl, Phenyl, welches mit 1 bis 5 Halogenatomen oder Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann, oder Aralkyl bedeutet und wobei R1, R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Halogene, Alkylgruppen mit 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10 und besonders bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, Silylgruppen, Alkylsilylgruppen, Alkoxysilylgruppen, Amingruppen, Amidgruppen, COCI, OH, CN, Alkenyl- oder Alkinylgruppen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und besonders bevorzugt AIIyI oder Vinyl, Oxiranyl, Glycidyl, Alkenyl- oder Alkenylgruppen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, welche mit Oxiranyl oder Glycidyl, Aryl, Heterocyclyl, Aralkyl, Aralkenyl (arylsubstituiertes Alkenyl, wobei Aryl wie zuvor definiert ist und Alkenyl Vinyl ist, welches mit ein oder zwei Ci bis Cβ Alkylgruppen, in welchen ein bis alles der Wasserstoffatome, vorzugsweise eines durch Halogen substituiert sind (vorzugsweise Fluor oder Chlor, wenn ein oder mehr Wasserstoffatome ersetzt sind, und vorzugsweise Fluor, Brom oder Brom, falls ein Wasserstoffatom ersetzt ist) Alkenylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, die mit 1 bis 3 Substituenten (vorzugsweise 1 ) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ci bis C4 Alkoxy, Aryl, Heterocyclyl, Ketyl, Acetyl, Amin, Amid, Oxiranyl und Glycidyl substituiert sind und m=0 oder 1 ; m=0, 1 oder 2 darstellt. Vorzugsweise sind nicht mehr als zwei der Reste R1, R2 und R3 Wasserstoff, besonders bevorzugt ist maximal einer der Reste R1, R2 und R3 Wasserstoff.
Zu den besonders bevorzugten, nicht zusätzlich funktionalisierten Initiatoren gehören Benzylhalogenide, wie p-Chlormethylstyrol, Hexakis(α-brommethyl)benzol, Benzylchlorid, Benzylbromid, 1 -Brom-i-phenylethan und 1 -Chlor-i-phenylethan. Weiterhin besonders bevorzugt sind Carbonsäurederivate, die an der α-Position halogeniert sind, wie beispielsweise Propyl-2-brompropionat, Methyl-2-chlorpropionat, Ethyl-2-chlorpropionat, Methyl-2-brompropionat oder Ethyl-2-bromisobutyrat. Bevorzugt sind auch Tosylhalogenide, wie p-Toluolsulfonylchlorid; Alkylhalogenide, wie Tetrachlormethan, Tribromethan, 1 -Vinylethylchlorid oder 1 -Vinylethylbromid; und Halogenderivate von Phosphorsäureestern, wie Dimethylphosphonsäurechlorid.
Eine zweite Gruppe der Initiatoren sind die zusätzlich mit einer Gruppe Fi funktionalisierten Verbindungen der allgemeinen Struktur X-R-Fi. Wobei X für die oben bereits beschriebene, in der ATRP radikalisch übertragbare Gruppe steht. Bei Fi handelt es sich um eine Hydroxy-, Amino-, te/f-Butyl-, Epoxy-, Vinyl-, AIIyI-, Cyano-, SiIyI- oder Azidgruppe. Bei R handelt es sich um einen organischen Rest.
Insbesondere bevorzugt sind Initiatoren der Struktur:
RA R1, R2, R3 und R4 stehen hier für beliebige organische Reste. Bevorzugt sind sowohl R1 als auch R2 gleich Wasserstoff. Bei R3 und R4handelt es sich bevorzugt um Wasserstoff und/oder CH3-Gruppen. a ist eine beliebige Zahl zwischen 0 und 12, bevorzugt zwischen 0 und 6 und ganz besonders bevorzugt zwischen 0 und 2. Beispiele für zweifach funktionalisierte Initiatoren dieser Struktur sind te/t-Butyl-2-brompropionat, tert- Butyl-2-bromisobutyrat, Hydroxyethyl-2-brompropionat, Hydroxyethyl-2-bromisobutyrat, Vinylchloracetat, Allylchloracetat, Glycidyl-2-brompropionat und Glycidyl-2- bromisobutyrat.
Initiatoren, die wie te/t-Butyl-2-brompropionat einen te/t-Butylester darstellen, sind als Präpolymere zu einer Säurefunktionalisierung zu sehen. Dem Fachmann ist bekannt, wie einfach ein te/t-Butylester z.B. thermisch unter Eliminierung von Isobuten in eine Säure überführbar ist.
Eine Ausnahme zu der aufgeführten Initiatorauswahl stellen die cyanofunktionellen Initiatoren, die zumeist keine Estergruppe aufweisen, dar. Als Beispiele aufgeführt seien 4-Cyanobenzylbromid, Bromacetonitril und 2-Brom-cyanopropan.
Eine ausführliche Zusammenstellung zweifach funktionalisierter Initiatoren für die ATRP findet sich u.a. in Matyjaszewski, ACS Symp. Series, 1998, 685, S.411ff.
Aus dem Verhältnis Initiator zu Monomer ergibt sich das spätere Molekulargewicht, falls das gesamte Monomer umgesetzt wird.
Katalysatoren für ATPR sind in Chem.Rev. 2001 , 101 , 2921 aufgeführt. Es werden überwiegend Kupferkomplexe beschrieben - unter anderem kommen aber auch Eisen-, Kobalt-, Chrom-, Mangan-, Molybdän-, Silber-, Zink-, Palladium-, Rhodium-, Platin-, Ruthenium-, Iridium-, Ytterbium-, Samarium-, Rhenium- und/oder Nickelverbindungen zur Anwendung. Allgemein können alle Übergangsmetallverbindungen verwendet werden, die mit dem Initiator, bzw. der Polymerkette, die eine übertragbare Atomgruppe aufweist, einen Redox-Zyklus bilden können. Kupfer kann dazu beispielsweise ausgehend von Cu2O, CuBr, CuCI, CuI, CuN3, CuSCN, CuCN, CuNO2, CuNO3, CuBF4, Cu(CH3COO) oder Cu(CF3COO) dem System zugeführt werden. Eine Alternative zu der beschriebenen ATRP stellt eine Variante derselben dar: In der so genannten reversen ATRP können Verbindungen in höheren Oxidationsstufen wie z.B. CuBr2, CuCI2, CuO, CrCI3, Fe2O3 oder FeBr3 eingesetzt werden. In diesen Fällen kann die Reaktion mit Hilfe klassischer Radikalbildner wie beispielsweise AIBN initiiert werden. Hierbei werden die Übergangsmetallverbindungen zunächst reduziert, da sie mit den aus den klassischen Radikalbildnern erzeugten Radikalen umgesetzt werden. Die reverse ATRP wurde u.a. von Wang und Matyjaszewski in Macromolekules (1995), Bd. 28, S. 7572ff beschrieben.
Eine Variante der reversen ATRP stellt der zusätzliche Einsatz von Metallen in der Oxidationsstufe null dar. Durch eine anzunehmende Komproportionierung mit den
Übergangsmetallverbindungen der höheren Oxidationsstufe wird eine Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit bewirkt. Dieses Verfahren wird in WO 98/40415 näher beschrieben.
Das molare Verhältnis Übergangsmetall zu monofunktionellem Initiator liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,01 :1 bis 10:1 , vorzugsweise im Bereich von 0,1 :1 bis 3:1 und besonders bevorzugt im Bereich von 0,5:1 bis 2:1 , ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.
Das molare Verhältnis Übergangsmetall zu bifunktionellem Initiator liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,02:1 bis 20:1 , vorzugsweise im Bereich von 0,2:1 bis 6:1 und besonders bevorzugt im Bereich von 1 :1 bis 4:1 , ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.
Um die Löslichkeit der Metalle in organischen Lösungsmitteln zu erhöhen und gleichzeitig die Bildung stabiler und dadurch polymerisationsinaktiver Organometallverbindungen zu vermeiden, werden Liganden dem System zugegeben. Zusätzlich erleichtern die Liganden die Abstraktion der übertragbaren Atomgruppe durch die Übergangsmetallverbindung. Eine Auflistung bekannter Liganden findet sich beispielsweise in WO 97/18247, WO 97/47661 oder WO 98/40415. Als koordinativer Bestandteil weisen die als Ligand verwendeten Verbindungen zumeist ein oder mehrere Stickstoff-, Sauerstoff-, Phosphor- und/oder Schwefelatome auf. Besonders bevorzugt sind dabei stickstoffhaltige Verbindungen. Ganz besonders bevorzugt sind stickstoffhaltige Chelatliganden. Als Beispiele seien 2,2'-Bipyridin, N, N, N', N", N"- Pentamethyldiethylentriamin (PMDETA), Tris(2-aminoethyl)amin (TREN), N, N, N', N'- Tetramethylethylendiamin oder 1 ,1 ,4,7,10,10-Hexamethyltriethylentetrannin aufgeführt. Wertvolle Hinweise zur Auswahl und Kombination der einzelnen Komponenten findet der Fachmann in WO 98/40415.
Diese Liganden können in situ mit den Metallverbindungen Koordinationsverbindungen bilden oder sie können zunächst als Koordinationsverbindungen hergestellt werden und anschließend in die Reaktionsmischung gegeben werden.
Das Verhältnis Ligand (L) zu Übergangsmetall ist abhängig von der Zähnigkeit des Liganden und der Koordinationszahl des Übergangsmetalls (M). Im Allgemeinen liegt das molare Verhältnis im Bereich 100:1 bis 0,1 :1 , vorzugsweise 6:1 bis 0,1 :1 und besonders bevorzugt 3:1 bis 1 :1 , ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.
Entscheidend für die vorliegende Erfindung ist, dass die Liganden protonierbar sind.
Bevorzugt sind Liganden, die in der Koordinationsverbindung in einem Verhältnis von 1 :1 zum Übergangsmetall vorliegen. Bei Verwendung von Liganden wie 2,2'-Bipyhdin, die in einem Verhältnis zum Übergangsmetall von 2:1 im Komplex gebunden sind, kann eine vollständige Protonierung nur erfolgen, wenn das Übergangsmetall in einem deutlichen Unterschuss von z.B. 1 :2 zum aktiven Kettenende X eingesetzt wird. Eine solche Polymerisation wäre jedoch gegenüber einer mit äquivalenten Komplex-X- Verhältnissen stark verlangsamt und aufgrund einer bei äquivalentem Einsatz unvollständigen Protonierung nicht bevorzugt.
Für die erfindungsgemäßen endgruppenfunktionalisierten Produkte ergibt sich ein breites Anwendungsfeld. Dem Fachmann ist leicht verständlich, welche Bedeutung hydroxy-, amin-, silyl- oder olefinisch terminierte Polymere in diversen Anwendungen haben können. Die Auswahl der Anwendungsbeispiele ist nicht dazu geeignet die Verwendung der erfindungsgemäßen Polymere einzuschränken. Die Beispiele sollen einzig dazu dienen, stichprobenartig die breite Einsatzmöglichkeit der beschriebenen Polymere darzustellen. Beispielsweise werden mittels ATRP synthetisierte Polymere als Präpolymere in Hotmelts, Klebmassen, Dichtmassen, Heißsiegelmassen oder für polymeranaloge Reaktionen verwendet. Die Polymere können auch Verwendung finden in Formulierungen zur kosmetischen Anwendung, in Beschichtungsmaterialien, in Lacken, als Dispergiermittel, als Polymeradditiv oder in Verpackungen.
Aber auch unfunktionalisierte, bzw. über das Kupplungsreagenz in der Kettenmitte einfach bzw. zweifach funktionalisierte, halogenfreie Polymere mit enger Molekulargewichtsverteilung, wie sie ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbar sind, haben große Vorteile gegenüber Bindemitteln bzw. Präpolymeren des Standes der Technik.
Die im Folgenden gegebenen Beispiele werden zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben, sind jedoch nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die hierin offenbarten Merkmale zu beschränken.
Beispiele
Die vorliegenden Beispiele wurden auf einen ATRP-Prozess bezogen, in dem ein erfindungsgemäßer monofunktioneller Initiator ohne zusätzliche Funktionalität F1 eingesetzt wurde. Dem Fachmann ist leicht ersichtlich, dass eine Übertragung der Ergebnisse auf eine Polymerisation mit einem entsprechend F1 funktionalisierten Initiator bereits ausreichend als Stand der Technik beschrieben wurde. Anhand des aufgeführten Beispiels soll nur gezeigt werden, inwiefern die Kupplung zweier mittels ATRP hergestellter Präpolymere durch Zugabe von Dithiolen erfolgt.
Das mittleren Molekulargewichte und die Molekulargewichtsverteilungen werden durch Gelpermeations-Chromatographie (GPC) bestimmt.
Beispiel 1
In einem mit Rührer, Thermometer, Rückflusskühler, Stickstoffeinleitungsrohr und Tropftrichter ausgestatteten Doppelmantelgefäß wurden unter N2-Atmosphäre 15 g Methylmethacrylat, 17 mL Butylacetat, 0,14 g Kupfer(l)oxid und 0,37 g PMDETA vorgelegt. Die Lösung wird für 15 min. bei 70 0C gerührt. Anschließend werden bei gleicher Temperatur 0,36 g 2-Bromisobuttersäureethylester (EBIB) zugegeben. Es wird für eine Polymerisationszeit von 3 Stunden bei 70 0C gerührt und eine Probe zur GPC- Messung ohne weitere Produktreinigung entnommen (Probe 1 ). Eine zweite 10 mL Probe wird entnommen. In diese wird für 30 min Luft eingeleitet, anschließend mit 1 g Tonsil Optimum 210 FF (Fa. Südchemie) versetzt, eine Stunde gerührt und anschließend über einen Aktivkohlefilter (AKS 5 der Fa. PaII Seitz Schenk) filtriert. Die Filtration erfolgt mittels einer Überdruckfiltration. Auch von dieser Probe wird ein GPC gemessen (Probe 2).
Die im Reaktionsgefäß verbliebene Polymerisationslösung wird mit 0,08 g 2,2'- Oxydiethanthiol (Fa. Merck) versetzt und eine Stunde bei 70 0C gerührt. Die zuvor grünliche Lösung färbt sich bei Zugabe des Reagenz spontan rot und ein roter Niederschlag fällt aus. Von einer darauf entnommenen Probe wird ein weiteres GPC gemessen (Probe 3).
Die verbleibende Lösung wird mit 2 g Tonsil Optimum 210 FF (Fa. Südchemie) versetzt, 30 min gerührt und anschließend unter Überdruck über einen Aktivkohlefilter (AKS 5 der Fa. PaII Seitz Schenk) filtriert. Zuvor konnte die Bildung eines zweiten, farblosen Niederschlags beobachtet werden. Zur weiteren Analyse wird eine Probe dieses Feststoffs isoliert. Auch von dem zweiten Filtrat werden mittels GPC das mittlere Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung bestimmt (Probe 4).
Tabelle 1
MMA= Methylmethacrylat
Aus den Beispielen ist zunächst klar ersichtlich, dass die bereits sehr guten Ergebnisse mit Adsorptionsmitteln zur Entfernung von Übergangsmetallkomplexen (in diesem Fall Kupferkomplexen) aus Polymerlösungen durch die vorhergehende Fällung mit Schwefelverbindungen klar verbessert werden können. Der Nachweis der Endgruppensubstitution - und damit der Kettenkupplung - erfolgt gleich mehrfach durch Charakteriseirung verschiedener Bestandteile der aufgearbeiteten Polymerlösung: 1.) Der Kupferniederschlag: der rote Niederschlag, der sich bei Zugabe der
Schwefelreagenzien bildet, zeigt mit < 10 ppm einen äußerst geringen Schwefelanteil, so dass eine Fällung des Metalls als Sulfid ausgeschlossen werden kann. 2.) Das Polymer: Die Elementaranalyse der Polymerlösung zeigt auch nach Entfernen des zweiten, farblosen Niederschlags einen sehr hohen Schwefelgehalt. Nahezu der gesamte dem System zugesetzte Schwefel findet sich in der Lösung bzw. im getrockneten Produkt wieder.
3.) Der zweite, farblose Niederschlag: Sowohl 1H-NMR-Untersuchungen als auch IR- Spektroskopie zeigten, dass es sich bei dem Niederschlag um das Ammoniumsalz des einfach protonierten Triamins PMDETA handelt. Eine Elementaranalyse zeigte, dass dieser Niederschlag schwefelfrei ist. Mittels lonenchromatographie konnte je nach Probe ein Bromidgehalt zwischen 32 Gew% und 37 Gew% nachgewiesen werden. Dieser Wert entspricht dem Gehalt in einem reinen PMDETA-Ammoniumbromid. 4.) Die GPC-Messungen zeigen eine deutliche Zunahme des Molekulargewichts nach der Zugabe des Dithiols. Dabei handelt es sich nahezu um eine Verdopplung von Mn. Mit Probe 3 kann weiterhin gezeigt werden, dass die Zunahme des Molekulargewichts von den weiter folgenden Reinigungsschritten unberührt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen, dadurch gekennzeichnet, dass Halogenatome an Polymerkettenenden mittels Zusatz einer geeigneten bifunktionellen Schwefelverbindung substituiert werden.
2. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Abtrennung von
Übergangsmetallverbindungen aus Polymerlösungen die Übergangsmetallverbindung mittels Zusatz einer geeigneten bifunktionellen Schwefelverbindung gefällt und anschließend mittels Filtration abgetrennt wird.
3. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Entfernung von Halogenatomen aus Polymeren die Halogenatome zu über 90% durch den Zusatz der bifunktionellen Schwefelverbindung substituiert werden.
4. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Entfernung von Halogenatomen aus Polymeren die Halogenatome zu über 95% durch den Zusatz der bifunktionellen Schwefelverbindung substituiert werden.
5. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei besagten bifunktionellen Schwefelverbindungen aus den Ansprüchen 1 und 2 um dieselbe Schwefelverbindung handelt, und dass beide Verfahrensschritte simultan ablaufen.
6. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß
Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der bifunktionellen Schwefelverbindung um ein Dimercaptan oder eine andere organische Verbindung mit zwei Thiolgruppen handelt.
7. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagte bifunktionelle
Schwefelverbindung mit zwei unterschiedlichen Kettenenden unter Kupplung der beiden Polymerketten zu einer höhermolekularen Kette reagiert.
8. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schwefelverbindung um Dithioglykol, 1 ,3-Propandithiol, 1 ,4-Butandithiol, 1 ,5-Pentandithiol, 3,4- Dimercaptotoluol, 2,2'-Oxydiethanthiol. 2,3-Dimercapto-1 -propanol, meso-2,3- Dimercaptobernsteinsäure oder 1 ,4-Dithioerythrit handelt.
9. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schwefelverbindung nach oder während des Abbruchs einer Polymerisation zugegeben wird.
10. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Konzentration der zuvor polymerisationsaktiven Kettenenden maximal 1 molares Äquivalent der Schwefelverbindung eingesetzt wird.
11. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Konzentration der zuvor polymerisationsaktiven Kettenenden maximal 0,7 molare Äquivalente der Schwefelverbindung eingesetzt werden.
12. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Konzentration der zuvor polymerisationsaktiven Kettenenden 0,5 molare Äquivalente der Schwefelverbindung eingesetzt werden.
13. Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit funktionellen Endgruppen gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Polymerisation nach dem ATRP-Verfahren handelt.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der als Katalysator in der Polymerisation eingesetzten Übergangsmetallverbindung um Kupfer-, Eisen-, Kobalt-, Chrom-, Mangan-, Molybdän-, Silber-, Zink-, Palladium-, Rhodium-, Platin-, Ruthenium-, Iridium-, Ytterbium-, Samarium-,
Rhenium- und/oder Nickelverbindungen handelt.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der als Katalysator in der Polymerisation eingesetzten Übergangsmetallverbindung um eine Kupferverbindung handelt.
16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferverbindung als Cu2O, CuBr, CuCI, CuI, CuN3, CuSCN, CuCN, CuNO2, CuNO3, CuBF4, Cu(CH3COO) und/oder Cu(CF3COO) dem System vor Start der Polymerisation zugesetzt wurde.
17. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man in der vorangehenden Polymerisation einen Initiator einsetzt, der eine aktive Gruppe X aufweist.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der aktiven Gruppe X um Cl, Br, I, SCN und/oder N3 handelt.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Initiator eine zweite Funktionalität Fi aufweist.
20. Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zweiten Funktionalität Fi um eine Hydroxy-, Amino-, te/t-Butyl-, Epoxy-, Vinyl-,
AIIyI-, Cyano-, SiIyI- oder Azidgruppe handelt.
21 .Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zweiten Funktionalität Fi um eine Hydroxy-, Amino-, te/t-Butyl- oder Silylgruppe handelt.
22. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Gruppe X an den Kettenenden der Polymere durch die Schwefelverbindung gemäß den Ansprüchen 1 -10 zu einem Thioether unter Freisetzung einer Säure der Form X- H substituiert werden.
23. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator vor der Polymerisation mit einer Stickstoff-, Sauerstoff-, schwefel- oder phosphorhaltigen Verbindung, die eine oder mehrere koordinative Bindungen mit dem Übergangsmetall zu einem Metall-Ligand-Komplex eingehen kann, zusammengebracht wird.
24. Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Ligand N- haltige Chelatliganden verwendet werden.
25. Verfahren gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Ligand von der Säure X-H gemäß Anspruch 22 protoniert wird.
26. Verfahren gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Ligand durch die Protonierung von dem koordinierten Übergangsmetall gelöst wird.
27. Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetall durch die Entfernung des Liganden ausfällt.
28. Verfahren gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallgehalt in der Polymerlösung durch die Fällung und die anschließende Filtration um mindestens 80 % abnimmt.
29. Verfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallgehalt in der Polymerlösung durch die Fällung und die anschließende Filtration um mindestens 95 % abnimmt.
30. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymere durch Polymerisation von Alkylacrylaten, Alkylmethacrylaten, Styrolen, Vinylestern, Vinylethern, Fumaraten, Maleaten, Itaconaten, Acrylonitrilen und/oder anderen mittels ATRP polymerisierbaren Monomeren und/oder Mischungen aus Alkylacrylaten, Alkylmethacrylaten, Vinylestern, Vinylethern, Fumaraten, Maleaten, Itaconaten, Styrolen,
Acrylonitrilen, und/oder anderen mittels ATRP polymerisierbaren Monomeren erhältlich ist.
31.Verfahren gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymere durch Polymerisation von Styrolen, Alkylacrylaten und/oder Alkylmethacrylaten und/oder Mischungen, die überwiegend aus Styrolen, Alkylacrylaten und/oder Alkylmethacrylaten bestehen, erhältlich sind.
32. Polymere hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels ATRP hergestellt wurden, eine
Molekulargewichtsverteilung kleiner 1 ,5 aufweisen, einen Halogengehalt kleiner 0,1 Gew% aufweisen und zumindest eine funktionellen Endgruppen an einem der Kettenenden aufweisen.
33. Lineare Polymere gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem monofunktionellen, eine zusätzliche Funktion tragenden Initiator hergestellt wurden, einen Halogengehalt kleiner 0,1 Gew% aufweisen und an beiden Kettenenden funktionellen Endgruppen aufweisen.
34. Lineare Polymere gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem monofunktionellen, eine zusätzliche Funktion tragenden Initiator hergestellt wurden, einen Halogengehalt kleiner 0,01 Gew% aufweisen und an beiden Kettenenden funktionellen Endgruppen aufweisen.
35. Lineare Polymere gemäß Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem monofunktionellen, eine zusätzliche Funktion tragenden Initiator hergestellt wurden, einen Halogengehalt kleiner 0,01 Gew% aufweisen, eine ABBA-Multiblockstruktur und an beiden Kettenenden funktionellen Endgruppen aufweisen.
36. Verwendung der gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufgearbeiteten,
Polymere mit funktionellen Endgruppen in Heißklebemassen, Klebmassen, Dichtmassen oder in Beschichtungsmatehalien.
37. Verwendung der gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufgearbeiteten, Polymere mit funktionellen Endgruppen in Heißsiegelmassen, für polymeranaloge Reaktionen, in kosmetischen Anwendungen, in Lacken, als Dispergiermittel, als Polymeradditiv oder in Verpackungen.
EP07821972A 2007-02-02 2007-10-29 Verfahren zur herstellung telecheler polymere Withdrawn EP2132236A1 (de)

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