EP2867260A1 - Polybutadien mit epoxygruppen - Google Patents

Polybutadien mit epoxygruppen

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EP2867260A1
EP2867260A1 EP13730605.6A EP13730605A EP2867260A1 EP 2867260 A1 EP2867260 A1 EP 2867260A1 EP 13730605 A EP13730605 A EP 13730605A EP 2867260 A1 EP2867260 A1 EP 2867260A1
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EP
European Patent Office
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polybutadiene
butadiene
monomer units
epoxy
proportion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13730605.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Berlineanu
Niko HABERKORN
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Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Industries AG
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Publication date
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Application filed by Evonik Industries AG filed Critical Evonik Industries AG
Priority to EP13730605.6A priority Critical patent/EP2867260A1/de
Publication of EP2867260A1 publication Critical patent/EP2867260A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08C19/00—Chemical modification of rubber
    • C08C19/04—Oxidation
    • C08C19/06—Epoxidation
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Definitions

  • the invention relates to a polybutadiene having epoxy groups, wherein the polybutadiene, the monomer units derived from 1, 3-butadiene
  • the proportion of A in the entirety of the 1, 3-butadiene-derived monomer units contained in the polybutadiene is 10 to 60 mole percent, wherein the sum of the proportions of B and C in the entirety of the 1, 3-butadiene contained in the polybutadiene derived monomer units is 40 to 90 mole percent, a process for producing the polybutadiene according to the invention and a composition comprising the polybutadiene with epoxy groups.
  • Polybutadienes are a class of industrially highly-relevant organic compounds obtained by the polymerization of large quantities of crude oil cracking oil. Butadiene can be produced. They are interesting and important starting materials for chemical syntheses equally on a laboratory and large scale.
  • Epoxide groups can be used for a variety of other reactions, especially with anhydrides or amines.
  • the resulting polybutadiene with epoxy groups can thus be reacted with reagents such as diamines to form a durable plastic.
  • Shell Oil Company Research Disclosure, Vol. 416, 12, 1998, page 1594, describes the preparation of butadiene polymers with epoxy groups.
  • the polydiene diols were obtained via anionic polymerization. The poor compatibility of the products and their low functionality of 1, 1 or 1, 6 and 2 are mentioned. To improve the compatibility, the reaction of the glycidyl ethers with EPICURE 3140 polyamide is described.
  • the invention SU195104 (Rubber Institute Lebedev) describes the synthesis of an anionic polybutadiene polymer to a "living polymer” with metal atoms of the I-III group and their treatment with epichlorohydrin, acids and bases.
  • the "living polymer” is not isolated before the reaction with epichlorohydrin and freed from butadiene oligomers.
  • the products are reacted with maleic anhydride and phthalic anhydride.
  • the processes described in the prior art for the preparation of polybutadiene with epoxy groups have the disadvantage that the polybutadiene is difficult to process, it has high viscosities and high glass transition temperatures. Furthermore, the products described in the prior art process for the preparation of polybutadiene with epoxy groups have a poor compatibility with other components of coating compositions, in particular epoxy resins.
  • the object underlying the invention is to provide a polybutadiene with epoxy groups and a process for its preparation, which has more favorable properties for processing, in particular the lowest possible viscosity and / or glass transition temperature.
  • a further object underlying the invention is to provide a polybutadiene with epoxy groups, which has the best possible compatibility with other components of coating compositions, in particular epoxy resins.
  • the problem underlying the problem is solved in a first aspect by a polybutadiene with epoxy groups, wherein the polybutadiene, the monomer units derived from 1, 3-butadiene
  • proportion of A in the polybutadiene-containing 1, 3-butadiene-derived total of the monomer units is 10 to 60 mole percent, and wherein the sum of the proportions of B and C in the entirety of that contained in the polybutadiene from 1, 3 Butadiene-derived monomer units 40 to 90 mole percent.
  • the problem is solved by a polybutadiene having epoxy groups, wherein the proportion of A, B and C in the entirety of the 1, 3-butadiene-derived monomer units contained in the polybutadiene in each case and independently of one another is at least 10%.
  • the problem is solved by a polybutadiene having epoxy groups, the proportion of A being derived from 1,3-butadiene contained in the polybutadiene Monomer units 15 to 30, the proportion of B in the entirety of the polybutadiene-containing monomer units derived from 1, 3-butadiene 50 to 70 and the proportion of C in the entirety of contained in the polybutadiene from 1, 3-butadiene-derived monomer units 15 to 30 Mole percent.
  • the problem is solved by a polybutadiene having epoxy groups, wherein the epoxy groups have the formula (I)
  • X represents a linear or branched alkylene group, preferably a linear alkylene group of the formula - (CH 2 ) X -, where x is 1 to 4, more preferably 1.
  • a polybutadiene having epoxy groups wherein the polybutadiene 1, 5 to 3, preferably 1, 75 to 2.5 Having epoxy groups.
  • the problem underlying the invention is solved by a process for producing a polybutadiene with epoxy groups, comprising the steps of a) providing a polybutadiene prepared by free-radical polymerization with hydroxyl groups, b) reacting the polybutadiene with hydroxyl groups from step a) a monoepoxy compound in a reaction mixture, wherein the molar ratio between terminal hydroxy groups and the monoepoxy compound is 10: 1 to 1:10, wherein the temperature is 0 to 150 ° C, and wherein the reaction time is 0.5 to 24 hours.
  • step b) adding an alkali metal hydroxide, alkali metal bicarbonate or alkali metal carbonate to the reaction mixture of step b), wherein the hydroxy-terminated polybutadiene comprises the monomer units derived from 1,3-butadiene
  • the proportion of A in the entirety of the 1,3-butadiene-derived monomer units contained in the polybutadiene is 10 to 60 mole percent, and wherein the sum of the proportions of B and C in the entirety of the polybutadiene contained in 1, 3- Butadiene-derived monomer units 40 to 90 mole percent is preferably wherein the proportion of A, B and C in the total of contained in the polybutadiene from 1, 3-butadiene-derived monomer units each independently and independently at least 10%, more preferably the proportion of A at the totality of the contained in polybutadiene from 1, 3-butadiene-derived monomer units 15 to 30, the proportion of B in the entirety of the contained in polybutadiene from 1, 3-butadiene-derived monomer units 50 to 70 and the proportion of C in the entirety of the Polybutadiene contained from 1, 3-butadiene-derived monomer units 15 to 30 mole percent.
  • the problem is solved by a process wherein the monoepoxy compound is selected from the group consisting of epihalohydrins, preferably epichlorohydrin, ⁇ -methylepichlorohydrin or epibromohydrin, and alkylene oxides, preferably ethylene oxide, 1,2-propylene oxide or 1, 2-butylene oxide.
  • the problem is solved by a method wherein the molar ratio between the monoepoxy compound and terminal hydroxy groups in the reaction mixture in step b) is 0.5 to 2 , preferably 0.9 to 1.2.
  • step b) proceeds in the presence of a solvent, wherein the solvent is preferably selected from the group which comprises liquid aliphatic compounds, aromatics, esters and ethers at room temperature.
  • step b) proceeds in the presence of at least one metal or semimetal salt comprising at least one metal or metal salt.
  • at least one metal or semimetal salt comprising at least one metal or metal salt.
  • or semi-metal cation preferably selected from the group comprising boron, aluminum, zinc and tin and at least one anion selected from the group consisting of F “ , CI “ , BF 4 " , PF 6 “ , AsF 6 “ , SbF 6 " , CI0 4 " , I0 4 " and N0 3 "is selected.
  • the problem is solved by a method wherein in step c) 0.7 to 1.4 moles of alkali metal hydroxide, alkali metal bicarbonate or alkali metal carbonate per Moles of terminal hydroxy groups in step a) are added.
  • the problem is solved by a method further comprising distillatively removing excess monoepoxy compound after step b) and before step c).
  • step b) is carried out in the presence of a solvent and this before, during or after step c), preferably after step c), is separated from the reaction mixture.
  • step b) proceeds in the presence of inert gas.
  • the problem underlying the invention is solved by a composition
  • a composition comprising the polybutadiene having epoxy groups according to the first aspect or an embodiment of the first aspect or the polybutadiene having epoxy groups prepared by the method according to the second aspect or an embodiment of the second aspect and at least one hardener, optionally additionally at least one epoxy resin.
  • the problem underlying the invention is solved by a binder in adhesive, sealant and acoustic compositions for automotive applications, casting resin formulations for electrical insulation, sealants for building materials, for impregnation or bonding of glass and carbon fiber fabrics comprising the epoxy-terminated polybutadiene according to the first aspect or an embodiment of the first aspect or the epoxy-terminated polybutadiene prepared by the process of the second aspect or an embodiment of the second aspect and at least one curing agent, optionally additionally at least one epoxy resin.
  • the problem underlying the invention is solved by using the terminal epoxy group polybutadiene of the first aspect or an embodiment of the first aspect or the terminal polybutadiene prepared by the method of the second aspect or an embodiment of the second aspect Epoxy groups or the composition according to the third aspect as binders in adhesive, sealing and acoustic compositions for automotive applications, in cast resin formulations for electrical insulation, in sealants for building materials, for impregnation or bonding of glass and carbon fiber fabric.
  • the problem underlying the invention is solved by a method comprising the step of curing the composition according to the third aspect.
  • the present invention is based on the surprising finding that polybutadiene with epoxy groups prepared from polybutadiene obtained by means of a free radical polymerization has a low viscosity and glass transition temperature. Without wishing to be bound by any particular theory, the inventors of the present invention suspect that the radical polymerization leads to an anionic polymerization of butadiene to a polybutadiene having a high content of 1,2-vinyl as a monomer on the polymer and that this monomer for those mentioned Properties is causal.
  • the present invention relates to polybutadiene produced by free-radical polymerization of 1, 3-butadiene and having hydroxy groups and polybutadiene having epoxy groups produced therefrom, each comprising the monomer units A), B) and C) derived from 1,3-butadiene contained in the polybutadiene, wherein an angular
  • the parenthesis in the formulaic representation of the monomer units A), B) and C) derived in the polybutadiene and derived from 1,3-butadiene shows that the bond provided with the respective square bracket does not end with a methyl group, but that the corresponding monomer unit is connected via this bond with a further monomer unit or another functional group, in particular a hydroxy group or epoxy group.
  • the monomer units A), B) and C) can be arranged in any order in the polymer. Preferred is a statistical arrangement.
  • the entirety of the 1,3-butadiene-derived monomer units A), B) and C) contained in the polybutadiene constitutes a proportion of the total of the monomer units incorporated in the polymer, comprising those derived from 1,3-butadiene and others, of at least 80, preferably 90, more preferably 95, most preferably 100 mole percent.
  • the polybutadiene with epoxy groups according to the invention or produced by the process according to the invention is almost colorless and has a low viscosity.
  • the viscosity is preferably determined at 20 ° C. using the Haake's rotational viscometer.
  • the polybutadiene having epoxy groups according to the invention or prepared by the process according to the invention has, in a preferred embodiment, an average functionality of 1.5 to 3, preferably 1.75 to 2.5. In a still preferred embodiment, this means that a polybutadiene molecule is independent of its length on average from 1, 5 to 3, preferably 1, 75 to 2.5 epoxy groups.
  • the process according to the invention requires as step a) the provision of a polybutadiene with hydroxyl groups prepared by free-radical polymerization.
  • a polybutadiene with hydroxy groups can be prepared, for example, by polymerization of 1,3-butadiene in the presence of hydrogen peroxide, water and an organic solvent, as described in EP12169794.0.
  • the term "polybutadiene” as used herein is understood to mean a polymerization of monomer units each having at least two conjugated double bonds, in order of increasing preference being at least 80, 85, 90, 95, 98, 99, or 99.9% of the monomer units is 1, 3-butadiene.
  • step b) of the process according to the invention the polybutadiene with hydroxyl groups is reacted with a monoepoxy compound in the presence of inert gas.
  • a monoepoxy compound is an epihalohydrin, preferably selected from the group consisting of epichlorohydrin, beta-methylepichlorohydrin or epibromohydrin, and an alkylene oxide, preferably selected from the group comprising ethylene oxide, 1,2-propylene oxide and 1,2-butylene oxide.
  • epichlorohydrin is used in an amount of 0.5 and 2 moles of epichlorohydrin per equivalent of a polybutadiene-bonded hydroxy group. It is particularly preferred to use from 0.9 to 1.2 moles of epichlorohydrin per equivalent of hydroxyl group bonded to a polybutadiene.
  • step b) proceeds in a solvent.
  • the solvent is an aliphatic, such as hexane, heptane, octane, cyclohexane, liquid at room temperature, around an aromatic at room temperature (25 ° C), for example benzene, toluene, one at room temperature liquid esters, for example ethyl acetate, butyl acetate, or an ether which is liquid at room temperature, for example diethyl and diisopropyl ether, dioxane and tetrahydrofuran.
  • Type and amount of solvent depends on the used Polybutadiene with hydroxy groups and the amount of the monoepoxy compound. Solvent mixtures of the solvents mentioned are possible in any proportions. The proportion of the sum of polybutadiene with hydroxy groups and monoepoxy compound in the reaction mixture may be between 5 and 80 weight percent each.
  • inert gas means a gas or gas mixture which is inert in its entirety,
  • the inert gas is nitrogen, noble gases or mixtures thereof.
  • step b) lasts for 0.5 to 24 hours.
  • the temperature in step b) is 0 to 150, preferably 0 to 70 ° C.
  • both the polybutadiene with hydroxy groups and the monoepoxy compound can be presented. Alternatively, both compounds can be presented together. Thereafter, the reaction mixture is brought to the reaction temperature by heating.
  • Step b) preferably proceeds in the presence of a metal or semimetal salt as catalyst.
  • a metal or semimetal salt as catalyst are at least one metal of the main or subgroups of the Periodic Table, preferably selected from the group boron, aluminum, zinc and tin, and at least one anion from the group comprising F “ , CI “ , BF 4 “ , PF 6 “ , AsF 6 “ , SbF 6 “ , CI0 4 “ , I0 4 “ , and N0 3 -
  • the amount used of the catalyst is preferably between 0.001 to 0.5 mol of the metal salt per equivalent of a polybutadiene-bonded hydroxy group. It can be submitted to the reaction components and the catalyst and then reacted.
  • the metal salt catalyst is introduced with the polybutadiene with hydroxyl groups and then the Monoexypothetic, preferably epihalohydrin, is added.
  • step c) dehydrohalogenation is carried out by adding at least one alkali metal hydroxide as base to form the alkali metal halide to the reaction mixture from step b).
  • the amount of alkali metal hydroxide added is between 0.7 to 1.4 moles per equivalent of hydroxy group bound to a polybutadiene.
  • the temperature in step c) should be between 0 and 80 ° C.
  • the polybutadiene having epoxy groups according to the invention can be used according to the invention in a composition comprising the polybutadiene with epoxy groups and at least one curing agent, optionally additionally at least one epoxy resin.
  • epoxy resin as used herein means a prepolymer having two or more epoxy groups per molecule. Reaction of these resins with a series of crosslinkers, also referred to as curing agents, results in crosslinked polymers
  • Polymers can be thermosetting and can be used in areas such as civil engineering, especially in industrial floors, waterproofing and concrete restoration products, composites, potting compounds, paints and adhesives Use in the field of Civil Engineering including its properties can be found in H. Schuhmann, "Manual Concrete Protection by Coatings", Expert Verlag 1992, pages 396 - 428.
  • epoxy resins include, for.
  • polyepoxides based on bisphenol A diglycidyl ether bisphenol F diglycidyl ether or cycloaliphatic types such.
  • 3,4-epoxycyclohexyl-epoxyethane or 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxy-cyclohexanecarboxylate are suitable as the epoxy resin.
  • At least one epoxy resin is used, which is selected from the group, the epoxy resins based on bisphenol A diglycidyl ether, epoxy resins based on bisphenol F diglycidyl ether and cycloaliphatic types such.
  • the epoxy resins based on bisphenol A diglycidyl ether epoxy resins based on bisphenol F diglycidyl ether and cycloaliphatic types such.
  • 3,4-epoxycyclohexyl-epoxyethane or 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxy-cyclohexane-carboxylate, with bisphenol A based epoxy resins and bisphenol F based epoxy resins are particularly preferred.
  • Such compounds are commercially available.
  • Suitable hardeners are all hardeners described in the prior art for curable compositions comprising at least one epoxy compound, in particular amine-containing hardeners which have at least two or more primary and / or secondary amino groups, eg. B. diethylenetriamine, triethylenetetramine, methylenedianiline,
  • Trimethylhexamethylenediamine polyoxyalkyleneamines, polyaminoamides, and
  • Reaction products of amines with acrylonitrile and Mannich bases furthermore a polyamine selected from the group comprising isophoronediamine, diethylenetriamine, trimethylhexamethylenediamine, m-phenylenebis (methylamine), 1,3-bis (aminomethyl) -cyclohexane, methylenebis (4-aminocyclohexane) , 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexyl-methane, N-aminoethyl-piperazine, polyoxyalkyleneamines, polyaminoamides, reaction products of amines with acrylonitrile and Mannich bases.
  • a polyamine selected from the group comprising isophoronediamine, diethylenetriamine, trimethylhexamethylenediamine, m-phenylenebis (methylamine), 1,3-bis (aminomethyl) -cyclohexane, methylenebis (4-aminocyclohexane)
  • the composition according to the invention may comprise further compounds, in particular a solvent, e.g. Xylene or iso-propanol, at least one reaction accelerator, preferably from the group of organic acids or tertiary amines, e.g. Salicylic acid, aminoethylpiperazine, tris (N, N-dimethylaminomethyl) phenol, further pigments, fillers and / or additives, a reactive diluent, which is preferably selected from the group of mono-, bi- or polyfunctional, liquid at room temperature epoxy compounds, for.
  • a solvent e.g. Xylene or iso-propanol
  • at least one reaction accelerator preferably from the group of organic acids or tertiary amines, e.g. Salicylic acid, aminoethylpiperazine, tris (N, N-dimethylaminomethyl) phenol, further pigments, fillers and / or additives
  • a reactive diluent which is
  • a modifier such as benzyl alcohol, coumarone resin or
  • polybutadienes with hydroxyl groups Polyvest EP HT and Poly bd R-20LM (Cray Valley) and their properties are representative of a reference product from anionic polymerization (NISSO-PB G1000, Fa. Nippon Soda) compared.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Polybutadien mit Epoxygruppen, wobei das Polybutadien die Monomereinheiten (A), (B) und (C) umfasst, wobei der Anteil von A an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 10 bis 60 Molprozent beträgt, wobei die Summe der Anteile von B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 40 bis 90 Molprozent beträgt, ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Polybutadiens sowie eine Zusammensetzung umfassend das Polybutadien mit Epoxygruppen.

Description

Polybutadien mit Epoxygruppen
Die Erfindung betrifft ein Polybutadien mit Epoxygruppen, wobei das Polybutadien die aus 1 ,3- Butadien abgeleiteten Monomereinheiten
umfasst, wobei der Anteil von A an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3- Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 10 bis 60 Molprozent beträgt, wobei die Summe der Anteile von B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 40 bis 90 Molprozent beträgt, ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Polybutadiens sowie eine Zusammensetzung umfassend das Polybutadien mit Epoxygruppen.
Polybutadiene stellen eine Klasse industriell hoch relevanter organischer Verbindungen dar, die durch Polymerisation von aus dem Cracken von Erdöl in großen Mengen erhältlichem 1 ,3- Butadien hergestellt werden. Sie sind interessante und wichtige Ausgangsstoffe für chemische Synthesen gleichermaßen im Labor- und Großmaßstab.
Die Polymerisation von 1 ,3-Butadien zu Polybutadien ist über im Stand der Technik beschriebene Verfahren, die eine anionische Polymerisation umfassen, leicht zu bewerkstelligen. Für viele Anwendungen können die entstehenden Polybutadiene jedoch nicht direkt verwendet werden, sondern sie müssen zunächst einer Modifizierung unterzogen werden.
Als eine solche Modifizierung bietet sich insbesondere die Epoxidierung mittels Reagenzien wie Epichlorhydrin an. Epoxidgruppen können für vielfältige weitere Reaktionen, insbesondere mit Anhydriden oder Aminen, genutzt werden. Das entstehende Polybutadien mit Epoxygruppen kann somit mit Reagenzien wie Diaminen unter Bildung eines widerstandsfähigen Kunststoffes umgesetzt werden. Shell Oil Company, Research Disclosure, Vol. 416, 12, 1998, Seite 1594, beschreibt die Darstellung von Butadien-Polymeren mit Epoxygruppen. Die Polydiendiole wurden über anionische Polymerisation erhalten. Man erwähnt die schlechte Verträglichkeit der Produkte und deren niedrige Funktionalität von 1 ,1 bzw. 1 ,6 und 2. Zur Verbesserung der Verträglichkeit wird die Umsetzung der Glycidether mit EPICURE 3140 Polyamid beschrieben.
Die Erfindung SU195104 (Kautschukinstitut Lebedev) beschreibt die Synthese eines anionischen Polybutadienpolymerisates zu einem„lebendem Polymer" mit Metallatomen der I- Ill-Gruppe und deren Behandlung mit Epichlorhydrin, Säuren und Basen. Das „lebende Polymer" wird vor der Umsetzung mit Epichlorhydrin nicht isoliert und von Butadienoligomeren befreit. Die Produkte werden mit Maleinsäureanhydrid und Phthalsäureanhydrid umgesetzt.
Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Polybutadien mit Epoxygruppen weisen jedoch den Nachteil auf, dass das Polybutadien schwer zu verarbeiten ist, das es hohe Viskositäten und hohe Glasübergangstemperaturen aufweist. Weiterhin weisen die Produkte im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Polybutadien mit Epoxygruppen eine schlechte Verträglichkeit mit anderen Komponenten von Beschichtungsmitteln auf, insbesondere Epoxidharzen. Vor diesem Hintergrund besteht die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe darin, ein Polybutadien mit Epoxygruppen und ein Verfahren zur dessen Herstellung bereitzustellen, das zur Verarbeitung günstigere Eigenschaften aufweist, insbesondere eine möglichst geringe Viskosität und/oder Glasübergangstemperatur.
Eine weitere der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Polybutadien mit Epoxygruppen bereitzustellen, das eine möglichst gute Verträglichkeit mit anderen Komponenten von Beschichtungsmitteln, insbesondere Epoxidharzen aufweist.
Diese und weitere Aufgaben werden durch den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung und insbesondere auch durch den Gegenstand der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei sich Ausführungsformen aus den Unteransprüchen ergeben.
Das der Aufgabe zu Grunde liegende Problem wird in einem ersten Aspekt gelöst durch ein Polybutadien mit Epoxygruppen, wobei das Polybutadien die aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten
umfasst, wobei der Anteil von A an der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Gesamtheit der Monomereinheiten 10 bis 60 Molprozent beträgt, und wobei die Summe der Anteile von B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 40 bis 90 Molprozent beträgt.
In einer ersten Ausführungsform des ersten Aspekts wird das Problem gelöst durch ein Polybutadien mit Epoxygruppen, wobei der Anteil von A, B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten jeweils und unabhängig voneinander wenigstens 10 % beträgt. In einer zweiten Ausführungsform des ersten Aspekts, bei der es sich auch um eine Ausführungsform der ersten Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Polybutadien mit Epoxygruppen, wobei der Anteil von A an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 15 bis 30, der Anteil von B an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 50 bis 70 und der Anteil von C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3- Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 15 bis 30 Molprozent beträgt.
In einer dritten Ausführungsform des ersten Aspekts, bei der es sich auch um eine Ausführungsform der ersten bis zweiten Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Polybutadien mit Epoxygruppen, wobei die Epoxygruppen die Formel (I)
aufweisen und X eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe darstellt, bevorzugt eine lineare Alkylengruppe der Formel -(CH2)X-, wobei x 1 bis 4, noch bevorzugter 1 ist. In einer vierten Ausführungsform des ersten Aspekts, bei der es sich auch um eine Ausführungsform der ersten bis dritten Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Polybutadien mit Epoxygruppen, wobei das Polybutadien 1 ,5 bis 3, bevorzugt 1 ,75 bis 2,5 Epoxygruppen aufweist.
In einem zweiten Aspekt wird das der Erfindung zu Grunde liegende Problem gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Polybutadiens mit Epoxygruppen, umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines mittels radikalischer Polymerisation hergestellten Polybutadiens mit Hydroxygruppen, b) Umsetzen des Polybutadiens mit Hydroxygruppen aus Schritt a) mit einer Monoepoxyverbindung in einer Reaktionsmischung, wobei das Molverhältnis zwischen endständigen Hydroxygruppen und der Monoepoxyverbindung 10:1 bis 1 :10 beträgt, wobei die Temperatur 0 bis 150 °C beträgt, und wobei die Reaktionszeit 0,5 bis 24 Stunden beträgt. c) Zugeben eines Alkalimetallhydroxids, Alkalimetallhydrogencarbonats oder Alkalimetallcarbonats zur Reaktionsmischung aus Schritt b), wobei das Polybutadien mit endständigen Hydroxygruppen die aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten
umfasst, wobei der Anteil von A an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3- Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 10 bis 60 Molprozent beträgt, und wobei die Summe der Anteile von B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 40 bis 90 Molprozent beträgt wobei bevorzugt der Anteil von A, B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten jeweils und unabhängig voneinander wenigstens 10 % beträgt, wobei noch bevorzugter der Anteil von A an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 15 bis 30, der Anteil von B an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 50 bis 70 und der Anteil von C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 15 bis 30 Molprozent beträgt. In einer ersten Ausführungsform des zweiten Aspekts wird das Problem gelöst durch ein Verfahren, wobei die Monoepoxyverbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, die Epihalohydrine, bevorzugt Epichlorhydrin, ß-Methylepichlorhydrin oder Epibromhydrin, und Alkylenoxide, bevorzugt Ethylenoxid, 1 ,2-Propylenoxid oder 1 ,2-Butylenoxid, umfasst. In einer zweiten Ausführungsform des zweiten Aspekts, bei der es sich auch um eine Ausführungsform der ersten Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Verfahren, wobei das Molverhältnis zwischen der Monoepoxyverbindung und endständigen Hydroxygruppen in der Reaktionsmischung in Schritt b) 0,5 bis 2, bevorzugt 0,9 bis 1 ,2 beträgt.
In einer dritten Ausführungsform des zweiten Aspekts, bei der es sich auch um eine Ausführungsform der ersten bis zweiten Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Verfahren, wobei Schritt b) in Anwesenheit eines Lösungsmittels abläuft, wobei das Lösungsmittel bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, die bei Raumtemperatur flüssige Aliphaten, Aromaten, Ester und Ether umfasst.
In einer vierten Ausführungsform des zweiten Aspekts, bei der es sich auch um eine Ausführungsform der ersten bis dritten Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Verfahren, wobei Schritt b) in Anwesenheit wenigstens eines Metall- oder Halbmetallsalzes abläuft, das wenigstens ein Metall- oder Halbmetallkation, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassen Bor, Aluminium, Zink und Zinn und wenigstens ein Anion umfasst, welches aus der Gruppe umfassend F",CI", BF4 ", PF6 ", AsF6 ", SbF6 ", CI04 ", I04 " und N03 " ausgewählt ist.
In einer fünften Ausführungsform des zweiten Aspekts, bei der es sich auch um eine Ausführungsform der ersten bis vierten Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Verfahren, wobei in Schritt c) 0,7 bis 1 ,4 Mol Alkalimetallhydroxid, Alkalimetallhydrogencarbonats oder Alkalimetallcarbonats pro Mol endständiger Hydroxygruppen in Schritt a) zugegeben werden. In einer sechsten Ausführungsform des zweiten Aspekts, bei der es sich auch um eine Ausführungsform der ersten bis fünften Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Verfahren, weiter umfassend destillatives Entfernen von überschüssiger Monoepoxyverbindung nach Schritt b) und vor Schritt c). In einer siebten Ausführungsform des zweiten Aspekts, bei der es sich um eine Ausführungsform der dritten bis sechsten Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Verfahren, wobei Schritt b) in Anwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt und dieses vor, während oder nach Schritt c), bevorzugt nach Schritt c), von der Reaktionsmischung abgetrennt wird. In einer achten Ausführungsform des zweiten Aspekts, bei der es sich um eine Ausführungsform der dritten bis siebten Ausführungsform handelt, wird das Problem gelöst durch ein Verfahren, wobei Schritt b) in Anwesenheit von Inertgas abläuft.
In einem dritten Aspekt wird das der Erfindung zu Grunde liegende Problem gelöst durch eine Zusammensetzung umfassend das Polybutadien mit Epoxygruppen nach dem ersten Aspekt oder einer Ausführungsform des ersten Aspekts oder das nach dem Verfahren nach dem zweiten Aspekt oder einer Ausführungsform des zweiten Aspekts hergestellte Polybutadien mit Epoxygruppen sowie wenigstens einen Härter, optional zusätzlich wenigstens ein Epoxydharz.
In einem vierten Aspekt wird das der Erfindung zu Grunde liegende Problem gelöst durch ein Bindemittel in Kleb-, Dicht- und Akustikmassen für Automobilanwendungen, Gießharzformulierungen für Elektroisolation, Dichtmassen für Baustoffe, zur Imprägnierung oder Verklebung von Glas- und Kohlefasergewebe umfassend das Polybutadien mit endständigen Epoxygruppen nach dem ersten Aspekt oder einer Ausführungsform des ersten Aspekts oder das nach dem Verfahren nach dem zweiten Aspekt oder einer Ausführungsform des zweiten Aspekts hergestellte Polybutadien mit endständigen Epoxygruppen und wenigstens einen Härter, optional zusätzlich wenigstens ein Epoxydharz.
In einem fünften Aspekt wird das der Erfindung zu Grunde liegende Problem gelöst durch eine Verwendung des Polybutadiens mit endständigen Epoxygruppen nach dem ersten Aspekt oder einer Ausführungsform des ersten Aspekts oder des nach dem Verfahren nach dem zweiten Aspekt oder einer Ausführungsform des zweiten Aspekts hergestellten Polybutadiens mit endständigen Epoxygruppen oder der Zusammensetzung nach dem dritten Aspekt als Bindemittel in Kleb-, Dicht- und Akustikmassen für Automobilanwendungen, in Gießharzformulierungen für Elektroisolation, in Dichtmassen für Baustoffe, zur Imprägnierung oder Verklebung von Glas- und Kohlefasergewebe.
In einem fünften Aspekt wird das der Erfindung zu Grunde liegende Problem gelöst durch ein Verfahren umfassend den Schritt Aushärten der Zusammensetzung nach dem dritten Aspekt. Die vorliegende Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass ausgehend von mittels einer radikalischen Polymerisation erhaltenem Polybutadien hergestelltes Polybutadien mit Epoxygruppen eine geringe Viskosität und Glasübergangstemperatur aufweist. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, vermuten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass die radikalische Polymerisation gegenüber einer anionischen Polymerisation von Butadien zu einem Polybutadien mit einem hohen Gehalt an 1.2-Vinyl als Monomerbaustein am Polymer führt und dass dieses Monomer für die genannten Eigenschaften ursächlich ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft durch radikalische Polymerisation von 1 ,3-Butadien erzeugtes Polybutadien mit Hydroxygruppen und daraus hergestelltes Polybutadien mit Epoxygruppen, jeweils umfassend die im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten A), B) und C), wobei eine eckige Klammer bei der in dieser Anmeldung gewählten formelmäßigen Darstellung der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten A), B) und C) zeigt, dass die mit der jeweiligen eckigen Klammer versehene Bindung nicht etwa mit einer Methylgruppe endet, sondern dass die entsprechende Monomereinheit über diese Bindung mit einer weiteren Monomereinheit oder einer anderen funktionellen Gruppe, insbesondere einer Hydroxygruppe oder Epoxygruppe, verbunden ist. Die Monomereinheiten A), B) und C) können dabei in beliebiger Reihenfolge im Polymer angeordnet sein. Bevorzugt ist eine statistische Anordnung.
In einer bevorzugten Ausführungsform können neben den im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3- Butadien abgeleiteten Monomereinheiten A), B) und C) auch noch andere Monomereinheiten enthalten sein, insbesondere solche, die nicht aus 1 ,3-Butadien abgeleitet sind. In einer bevorzugtesten Ausführungsform stellt die Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten A), B) und C) jedoch einen Anteil an der Gesamtheit der in dem Polymer eingebauten Monomereinheiten, umfassend die aus 1 ,3- Butadien abgeleiteten und andere, von wenigstens 80, bevorzugt 90, noch bevorzugter 95, am bevorzugtesten 100 Molprozent dar.
Das erfindungsgemäße oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Polybutadien mit Epoxygruppen ist nahezu farblos und weist eine niedrige Viskosität auf. Die Viskosität wird bevorzugt bei 20 °C mit dem Rotationsviskosimeter der Firma Haake ermittelt. Das erfindungsgemäße oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Polybutadien mit Epoxygruppen weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine mittlere Funktionalität von 1 ,5 bis 3, bevorzugt 1 ,75 bis 2,5 auf.. Dies bedeutet in einer noch bevorzugten Ausführungsform, dass ein Polybutadienmolekül unabhängig von seiner Länge durchschnittlich 1 ,5 bis 3, bevorzugt 1 ,75 bis 2,5 Epoxygruppen aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert als Schritt a) das Bereitstellen eines mittels radikalischer Polymerisation hergestellten Polybutadiens mit Hydroxygruppen. Ein derartiges Polybutadien mit Hydroxygruppen kann beispielsweise durch Polymerisation von 1 ,3-Butadien in Anwesenheit von Wasserstoffperoxid, Wasser und einem organischen Lösungsmittel hergestellt werden, wie es in der EP12169794.0 beschrieben ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird unter dem Begriff „Polybutadien", wie hierin verwendet, ein durch Polymerisation von Monomereinheiten mit jeweils wenigstens zwei konjugierten Doppelbindungen verstanden, wobei es sich in Reihenfolge zunehmender Bevorzugung bei wenigstens 80, 85, 90, 95, 98, 99 oder 99,9 % der Monomereinheiten um 1 ,3-Butadien handelt.
In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Polybutadien mit Hydroxygruppen mit einer Monoepoxyverbindung in Anwesenheit von Inertgas umgesetzt. Als Monoepoxyverbindung eignet sich besonders ein Epihalohydrin, bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die Epichlorhydrin, Beta-Methylepichlorhydrin oder Epibromhydrin umfasst, sowie einem Alkylenoxid, bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die Ethylenoxid, 1 ,2-Propylenoxid und 1 ,2-Butylenoxid umfasst. Bevorzugt wird Epichlorhydrin in einer Menge von 0,5 und 2 Mol Epichlorhydrin pro Äquivalent an einem Polybutadien gebundener Hydroxygruppe eingesetzt. Besonders bevorzugt wird 0,9 bis 1 ,2 Mol Epichlorhydrin pro Äquivalent an einem Polybutadien gebundener Hydroxygruppe eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform läuft Schritt b) in einem Lösungsmittel ab. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Lösungsmittel um einen bei der Raumtemperatur flüssigen Aliphaten, beispielsweise Hexan, Heptan, Octan, Cyclohexan, um einen bei der Raumtemperatur (25 °C) flüssigen Aromaten, beispielsweise Benzol, Toluol, um einen bei der Raumtemperatur flüssigen Ester, beispielsweise Ethylacetat, Butylacetat, oder um einen bei der Raumtemperatur flüssigen Ether, beispielsweise Diethyl- und Disiopropylether, Dioxan und Tetrahydrofuran. Art und Menge des Lösungsmittels ist abhängig vom eingesetzten Polybutadien mit Hydroxygruppen und der Menge der der Monoepoxyverbindung. Lösungsmittelgemische der genannten Lösungsmittel sind in beliebigen Mengenverhältnissen möglich. Der Anteil der Summe von Polybutadien mit Hydroxygruppen und Monoepoxyverbindung im Reaktionsgemisch kann jeweils zwischen 5 und 80 Gewichtsprozent betragen.
Die Reaktion wird in Anwesenheit eines Inertgases bei reduziertem oder erhöhtem Druck durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform bedeutet der Begriff „Inertgas", wie hierin verwendet, ein Gas oder Gasgemisch, das in seiner Gesamtheit reaktionsträge ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Inertgas um Stickstoff, Edelgase oder Mischungen davon.
Bevorzugt dauert Schritt b) 0,5 bis 24 Stunden an.
Die Temperatur in Schritt b) beträgt 0 bis 150, bevorzugt 0 bis 70 °C.
Beim Starten der Reaktion in Schritt b) kann sowohl das Polybutadien mit Hydroxygruppen als auch das Monoepoxyverbindung vorgelegt werden. Alternativ können auch beide Verbindungen gemeinsam vorgelegt werden. Danach wird das Reaktionsgemisch durch Aufheizen auf die Reaktionstemperatur gebracht.
Schritt b) läuft bevorzugt in Anwesenheit eines Metall- oder Halbmetallsalzes als Katalysator ab. Dabei handelt es sich um wenigstens ein Metall der Haupt- oder Nebengruppen des Periodensystems , bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassen Bor, Aluminium, Zink und Zinn ,und wenigstens ein Anion aus der Gruppe umfassend F", CI", BF4 ", PF6 ", AsF6 ", SbF6 ", CI04 ", I04 ", und N03- Die Einsatzmenge des Katalysators beträgt bevorzugt zwischen 0,001 bis 0,5 Mol des Metallsalzes pro Äquivalent an einem Polybutadien gebundener Hydroxygruppe. Es können die Reaktionskomponenten und der Katalysator vorgelegt und dann zur Reaktion gebracht werden. Vorzugsweise wird der Metallsalzkatalysator mit dem Polybutadien mit Hydroxygruppen vorgelegt und danach wird die Monoexypoverbindung, bevorzugt Epihalohydrin, hinzugegeben.
Bevorzugt wird überschüssige Monoexypoverbindung nach Schritt b) destillativ entfernt, wobei das Lösungsmittel bevorzugt erst nach dieser Entfernung der überschüssigen Monoexypoverbindung hinzugegeben wird. In Schritt c) erfolgt eine Dehydrohalogenierung durch Zugabe wenigstens eines Alkalimetallhydroxids als Base zur Bildung des Alkalimetallhalogenids zur Reaktionsmischung aus Schritt b). In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Menge des zugegebenen Alkalimetallhydroxids zwischen 0,7 bis 1 ,4 Mol pro Äquivalent an einem Polybutadien gebundener Hydroxygruppe eingesetzt. Die Temperatur in Schritt c) sollte zwischen 0 und 80 °C liegen.
Das erfindungsgemäße Polybutadien mit Epoxygruppen kann erfindungsgemäß in einer Zusammensetzung umfassend das Polybutadien mit Epoxygruppen sowie wenigstens einen Härter, optional zusätzlich wenigstens ein Epoxydharz, verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird unter dem Begriff „Epoxidharz", wie hierin verwendet, ein Prepolymer verstanden, das pro Molekül zwei oder mehr Epoxygruppen aufweist. Die Reaktion dieser Harze mit einer Reihe von Vernetzern, auch als Härter bezeichnet, führt zu vernetzten Polymeren. Diese Polymere können duroplastisch sein und können in den Bereichen z. B. Civil Engineering (Bauwesen), besonders in Industrieböden, Abdichtungen und Betonsanierungsprodukten, Composites (Faserverbundwerkstoffe), Vergussmassen, Lacke und Klebstoffen, Verwendung finden. Ein Überblick über die Harze und Härter sowie deren Verwendung im Bereich Civil Engineering einschließlich ihrer Eigenschaften findet sich in H. Schuhmann, „Handbuch Betonschutz durch Beschichtungen", Expert Verlag 1992, Seite 396 - 428. Der Einsatz der Harze und Härter für den Bereich Composites wird in P. K. Mallick,„Fiber-Reinforced Composites, Materials, Manufacturing, and Design", CRC Press, Seite 60 - 76 beschrieben. Als Epoxidharz kommen erfindungsgemäß alle Epoxidharze in Frage, die mit Aminen gehärtet werden können. Zu den Epoxidharzen zählen z. B. Polyepoxide auf Basis von Bisphenol A-diglycidylether, Bisphenol F-diglycidylether oder cycloaliphatische Typen wie z. B. 3,4-Epoxycyclohexyl-epoxyethan oder 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxy- cyclohexancarboxylat. Vorzugsweise wird in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wenigstens ein Epoxidharz eingesetzt, das aus der Gruppe auswählt ist, die Epoxidharze auf Basis von Bisphenol A-diglycidylether, Epoxidharze auf Basis von Bisphenol F-diglycidylether und cycloaliphatische Typen wie z. B. 3,4-Epoxycyclohexyl-epoxyethan oder 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxy-cyclohexan-carboxylat umfasst, wobei Bisphenol A basierte Epoxidharze und Bisphenol F basierte Epoxidharze besonders bevorzugt sind. Derartige Verbindungen sind im Handel erhältlich. Als Härter kommen sämtliche im Stand der Technik für härtbare Zusammensetzungen umfassend wenigstens eine Epoxyverbindung beschriebene Härter in Frage, insbesondere aminhaltige Härter, die mindestens zwei oder mehr primäre und/oder sekundäre Aminogruppen aufweisen, z. B. Diethylentriamin, Triethylentetramin, Methylendianilin,
Bis(aminocyclohexyl)methan, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexyl-methan, Tricyclo- dodecandiamin, Norbornandiamin, N Aminoethylpiperazin, Isophorondiamin, m- Phenylenbis(methylamin), 1 ,3- und/oder 1 ,4-Bis(aminomethyl)cyclohexan,
Trimethylhexamethylendiamin, Polyoxyalkylenamine, Polyaminoamide, und
Umsetzungsprodukte von Aminen mit Acrylnitril und Mannichbasen, weiterhin ein Polyamin ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Isophorondiamin, Diethylentriamin, Trimethylhexamethylen-diamin, m-Phenylenbis(methylamin), 1 ,3-Bis(aminomethyl)-cyclohexan, Methylen-bis(4-aminocyclohexan), 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexyl-methan, N-Aminoethyl-piperazin, Polyoxyalkylenamine, Polyaminoamide, Umsetzungsprodukte von Aminen mit Acrylnitril und Mannichbasen.
Neben dem Polybutadien mit Epoxygruppen, dem Härter, optional dem Epoxidharz kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung weitere Verbindungen umfassen, insbesondere ein Lösungsmittel, z.B. Xylol oder iso-Propanol, wenigstens einen Reaktionsbeschleuniger, bevorzugt aus der Gruppe organischer Säuren oder tertiärer Amine, z.B. Salicylsäure, Aminoethylpiperazin, Tris-(N,N-dimethylaminomethyl)-phenol, weiterhin Pigmente, Füllstoffe und/oder Additive, einen Reaktivverdünner, der bevorzugt aus der Gruppe mono-, bi- oder polyfunktioneller, bei Raumtemperatur flüssiger Epoxidverbindungen ausgewählt ist, z. B. Butylglycidether, 1 ,6-Hexan- und 1 ,4-Butandiglycidether, Neopentyldiglycidether, Phenylglycidether, Glycidether der Versatic-Säure, C12-C14-Glycidether, C13-C15-Glycidether, p-tert-Butyl-Phenylglycidether, Neopently-glykoldiglycidether, Polybutylendiglycidether, Glycerintriglycidether, Pentaerythropoly-glycidether, Trimethylolpropantriglycidether und Kresylglycidether, schließlich ein Modifizierungsmittel wie Benzylalkohol, Cumaron-Harz oder reaktive Kautschuke.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch die folgenden Figuren und nicht beschränkenden Beispiele veranschaulicht, denen weitere Merkmale, Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung entnommen werden können. Beispiele:
Die Polybutadiene mit Hydroxygruppen Polyvest EP HT und Poly bd R-20LM (Fa. Cray Valley) und deren Eigenschaften werden stellvertretend einem Referenzprodukt aus anionischer Polymerisation (NISSO-PB G1000, Fa. Nippon Soda) gegenübergestellt.
Die Synthese des Polyvest EP HT mit den unten aufgelisteten Spezifikationen erfolgt gemäß der in der Patentschrift EP12169794.0 beschriebenen Synthesevorschrift.. Beide Produkte, Polyvest EP HT und Poly bd R-20LM, wurden für die Herstellung der Polybutadiene mit Epoxygruppen genutzt.
Auswahl der Polybutadiene mit Hydroxygruppen
Beispiel 1 :
1 16,8 g (0,1 Mol OH-Äquivalent) Polyvest EP HT gelöst in 83,2 g Toluol werden in einem mit Thermometer, Rührer, Rückflußkühler, Stickstoffüberleitung und Tropftrichter versehenen Sulfierkolben zusammen mit 0,19 g (0,001 Mol) SnCI2 vorgelegt. Dazu werden bei Raumtemperatur 10,18 g (0,1 1 Mol) Epichlorhydrin unter Rühren gegeben. Das Reaktionsgemisch wird 5 Stunden auf 100 °C Innentemperatur erhitzt. Nachdem Abkühlen auf 50 °C werden innerhalb von 30 Minuten 1 ,6 g (0,02 Mol) 50 %ige wässrige NaOH-Lösung und 3,6 g (0,09 Mol) pulverisiertes NaOH portionsweise dazugegeben. Diese Mischung wird noch 1 Stunde bei 50 °C gerührt. Das Reaktionsgemisch wird filtriert. Die organische Phase wird über MgS04 getrocknet, filtriert und vom Lösemittel im Vakuum abgetrennt. 1 12 g (91 ,5 % der Theorie) des nahezu farblosen Polybutadienglycidylethers mit einem Äquivalentgewicht von 1840 konnten isoliert werden. Das Produkt hat eine mit dem Rotationsviskosimeter ermittelte Viskosität von 14 Pa s bei 20 °C. Der ermittelte Tg-Wert ist - 78 °C. Die Mikrostruktur des eingesetzten Polybutadiens mit Hydroxygruppen bleibt erhalten (22 % 1 ,2-vinyl, 20 % 1 ,4-cis, 58 % 1 ,4-trans).
Beispiel 2:
58,4 g (0,1 Mol OH-Äquivalent) Poly bd R-20LM gelöst in 41 ,6 g Toluol werden in einem mit Thermometer, Rührer, Rückflußkühler, Stickstoffüberleitung und Tropftrichter versehenen Sulfierkolben zusammen mit 0,19 g (0,001 Mol) SnCI2 vorgelegt. Dazu werden bei Raumtemperatur 10,18 g (0,1 1 Mol) Epichlorhydrin unter Rühren gegeben. Das Reaktionsgemisch wird 5 Stunden auf 100 °C Innentemperatur erhitzt. Nachdem Abkühlen auf 50 °C werden innerhalb von 30 Minuten 1 ,6 g (0,02 Mol) 50 %ige wässrige NaOH-Lösung und 3,6 g (0,09 Mol) pulverisiertes NaOH portionsweise dazugegeben. Diese Mischung wird noch 1 Stunde bei 50 °C gerührt. Das Reaktionsgemisch wird filtriert. Die organische Phase wird über MgS04 getrocknet, erneut filtriert und vom Lösemittel im Vakuum abgetrennt. 56,3 g (87,9 % der Theorie) des nahezu farblosen Polybutadienglycidylethers mit einem Äquivalentgewicht von 1010 konnten isoliert werden. Das Produkt hat eine mit dem Rotationsviskosimeter ermittelte Viskosität von 4,2 Pa s bei 20 °C. Der ermittelte Tg-Wert ist -71 °C. Die Mikrostruktur des eingesetzten Polybutadiens mit Hydroxygruppen bleibt erhalten (22 % 1 ,2-vinyl, 20 % 1 ,4-cis, 58 % 1 ,4-trans)
Beispiel 3
58,4 g (0,1 Mol OH-Äquivalent) Poly bd R-20LM gelöst in 41 ,6 g Toluol werden in einem mit Thermometer, Rührer, Rückflußkühler, Stickstoffüberleitung und Tropftrichter versehenen Sulfierkolben zusammen mit 0,19 g (0,001 Mol) SnCI2 vorgelegt. Dazu werden bei Raumtemperatur 10,18 g (0,1 1 Mol) Epichlorhydrin unter Rühren gegeben. Das Reaktionsgemisch wird 5 Stunden auf 100 °C Innentemperatur erhitzt. Nachdem Abkühlen auf 50 °C werden innerhalb von 30 Minuten 1 ,6 g (0,02 Mol) 50 %ige wässrige NaOH-Lösung und 3,6 g (0,09 Mol) pulverisiertes NaOH portionsweise dazugegeben. Diese Mischung wird noch 1 Stunde bei 50 °C gerührt und mit 50 g Toluol versetzt. Durch azeotrope Destillation wird Wasser aus dem Reaktionsgemisch entfernt. Das Reaktionsgemisch wird über MgS04 filtriert und vom Lösemittel im Vakuum befreit. 58,9 g (92,0 % der Theorie) des nahezu farblosen Polybutadienglycidylethers mit einem Äquivalentgewicht von 1005 konnten isoliert werden. Das Produkt hat eine mit dem Rotationsviskosimeter ermittelte Viskosität von 4 Pa s bei 20 °C. Der ermittelte Tg-Wert ist -71 °C. Die Mikrostruktur des eingesetzten Polybutadiens mit Hydroxygruppen bleibt erhalten (22 % 1 ,2-vinyl, 20 % 1 ,4-cis, 58 % 1 ,4-trans).

Claims

Ansprüche
Polybutadien mit Epoxygruppen, wobei das Polybutadien die aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten
umfasst, wobei der Anteil von A an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3- Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 10 bis 60 Molprozent beträgt, und wobei die Summe der Anteile von B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 40 bis 90 Molprozent beträgt, wobei die Epoxygruppen die Formel (I)
aufweisen und X eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe darstellt, bevorzugt eine lineare Alkylengruppe der Formel -(CH2)X-, wobei x 1 bis 4, noch bevorzugter 1 ist.
Polybutadien nach Anspruch 1 , wobei der Anteil von A, B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten jeweils und unabhängig voneinander wenigstens 10 % beträgt.
Polybutadien nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Anteil von A an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 15 bis 30, der Anteil von B an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 50 bis 70 und der Anteil von C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 15 bis 30 Molprozent beträgt.
Polybutadien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polybutadien unabhängig von seiner Länge durchschnittlich 1 ,5 bis 3, bevorzugt 1 ,75 bis 2,5 Epoxygruppen aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Polybutadiens mit Epoxygruppen, umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines mittels radikalischer Polymerisation hergestellten Polybutadiens mit Hydroxygruppen, b) Umsetzen des Polybutadiens mit Hydroxygruppen aus Schritt a) mit einer Monoepoxyverbindung in einer Reaktionsmischung, wobei das Molmassenverhältnis zwischen endständigen Hydroxygruppen und der Monoepoxyverbindung 10:1 bis 1 :10 beträgt, wobei die Temperatur 0 bis 150 °C beträgt, und wobei die Reaktionszeit 0,5 bis 24 Stunden beträgt. Zugeben eines Alkalimetallhydroxids, Alkalimetallhydrogencarbonats oder Alkalimetallcarbonats zur Reaktionsmischung aus Schritt b), wobei das Polybutadien mit endständigen Hydroxygruppen die Monomereinheiten
wobei der Anteil von A an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3- Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 10 bis 60 Molprozent beträgt, wobei die Summe der Anteile von B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 40 bis 90 Molprozent beträgt, wobei bevorzugt der Anteil von A, B und C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten jeweils und unabhängig voneinander wenigstens 10 % beträgt, wobei noch bevorzugter der Anteil von A an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 15 bis 30, der Anteil von B an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 50 bis 70 und der Anteil von C an der Gesamtheit der im Polybutadien enthaltenen aus 1 ,3-Butadien abgeleiteten Monomereinheiten 15 bis 30 Molprozent beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Monoepoxyverbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, die Epihalohydrine, bevorzugt Epichlorhydrin, ß-Methylepichlorhydrin oder Epibromhydrin, und Alkylenoxide, bevorzugt Ethylenoxid, 1 ,2-Propylenoxid oder 1 ,2-Butylenoxid, umfasst.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei das Molmassenverhältnis zwischen der Monoepoxyverbindung und endständigen Hydroxygruppen in der
Reaktionsmischung in Schritt b) 0,5 bis 2, bevorzugt 0,9 bis 1 ,2 beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei Schritt b) in Anwesenheit eines Lösungsmittels abläuft, wobei das Lösungsmittel bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, die bei Raumtemperatur flüssige Aliphaten, Aromaten, Ester und Ether umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei Schritt b) in Anwesenheit wenigstens eines Metall- oder Halbmetallsalzes abläuft, das wenigstens ein Metall- oder Halbmetallkation, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassen Bor, Aluminium, Zink und Zinn und wenigstens ein Anion umfasst, welches aus der Gruppe umfassend F",CI",
BF4 ", PF6 ", AsF6 ", SbF6 ", CI04 ", I04 " und N03 " ausgewählt ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei in Schritt c) 0,7 bis 1 ,4 Mol Alkalimetallhydroxid, Alkalimetallhydrogencarbonats oder Alkalimetallcarbonats pro Mol endständiger Hydroxygruppen in Schritt a) zugegeben werden.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, weiter umfassend destillatives Entfernen von überschüssiger Monoepoxyverbindung nach Schritt b) und vor Schritt c).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , wobei Schritt b) in Anwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt und dieses vor, während oder nach Schritt c), bevorzugt nach Schritt c) von der Reaktionsmischung abgetrennt wird. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei Schritt b) in Anwesenheit von Inertgas abläuft.
Zusammensetzung umfassend das Polybutadien mit Epoxygruppen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder des nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13 hergestelltes Polybutadien mit Epoxygruppen sowie wenigstens einen Härter, optional zusätzlich wenigstens ein Epoxydharz.
Bindemittel in Kleb-, Dicht- und Akustikmassen für Automobilanwendungen, Gießharzformulierungen für Elektroisolation, Dichtmassen für Baustoffe, zur Imprägnierung oder Verklebung von Glas- und Kohlefasergewebe umfassend das Polybutadien mit endständigen Epoxygruppen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder das nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13 hergestellte Polybutadien mit endständigen Epoxygruppen und bevorzugt wenigstens einen Härter, optional zusätzlich wenigstens ein Epoxydharz.
Verwendung des Polybutadiens mit endständigen Epoxygruppen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder des nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13 hergestellten Polybutadiens mit endständigen Epoxygruppen oder der Zusammensetzung nach Anspruch 15 als Bindemittel in Kleb-, Dicht- und Akustikmassen für Automobilanwendungen, in Gießharzformulierungen für Elektroisolation, in Dichtmassen für Baustoffe, zur Imprägnierung oder Verklebung von Glas- und Kohlefasergewebe.
17. Verfahren umfassend den Schritt Aushärten der Zusammensetzung nach Anspruch 14.
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