ES2315748T3 - Mezcla de copolimeros de estireno-butadieno. - Google Patents

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Abstract

Mezclas que contienen a) un 5 a un 40% en peso de un copolímero en bloques lineal constituido por monómeros aromáticos vinílicos y dienos de la estructura (I) S1-(BIS)1-S2 con una fracción de fase blanda (B/S)1 de un máximo de un 55% en peso, referido al copolímero en bloques (I), y b) un 95 a un 60% en peso de un copolímero en bloques lineal constituido por monómeros aromáticos vinílicos y dienos de la estructura (II) S3-(BIS)2-S4 con una fracción de fase blanda (B/S)2 de al menos un 65% en peso, referido al copolímero en bloques (II) representando S1 un bloque de monómeros aromáticos vinílicos con un peso molecular promedio en número Mn en el intervalo de 40.000 a 100.000 g/mol, S2, S3 y S4 respectivamente bloques de monómeros aromáticos vinílicos con un peso molecular promedio en número Mn en el intervalo de 5.000 a 20.000 g/mol, (B/S)1 y (B/S)2 respectivamente bloques de copolímeros constituidos por dienos y monómeros aromáticos vinílicos con un peso molecular promedio en número Mn en el intervalo de 15.000 a 40.000 g/mol.

Description

Mezcla de copolímeros en bloque de estireno-butadieno.
La invención se refiere a mezclas que contienen
a)
un 5 a un 40% en peso de un copolímero en bloques lineal constituido por monómeros aromáticos vinílicos y dienos de la estructura (I) S_{1}-(BIS)_{1}-S_{2} con una fracción de fase blanda (B/S)_{1} de un máximo de un 55% en peso, referido al copolímero en bloques (I), y
b)
un 95 a un 60% en peso de un copolímero en bloques lineal constituido por monómeros aromáticos vinílicos y dienos de la estructura (II) S_{3}-(BIS)_{2}-S_{4} con una fracción de fase blanda (B/S)_{2} de al menos un 65% en peso, referido al copolímero en bloques (II)
representando
S_{1} un bloque de monómeros aromáticos vinílicos con un peso molecular promedio en número M_{n} en el intervalo de 40.000 a 100.000 g/mol,
S_{2}, S_{3} y S_{4} respectivamente bloques de monómeros aromáticos vinílicos con un peso molecular promedio en número M_{n} en el intervalo de 5.000 a 20.000 g/mol,
(B/S)_{1} y (B/S)_{2} respectivamente bloques de copolímeros constituidos por dienos y monómeros aromáticos vinílicos con un peso molecular promedio en número M_{n} en el intervalo de 15.000 a 40.000 g/mol.
Por lo demás, la invención se refiere a procedimientos para la obtención de mezclas y su hidrogenado parcial o completo.
Son conocidos copolímeros en bloques de estireno-butadieno y mezclas con poliestireno con estructuras múltiples. Los copolímeros en bloques pueden ser lineales o ramificados en forma de estrella, y presentar bloques de pesos moleculares iguales o diferentes, de modo que resultan estructuras simétricas y asimétricas. Los bloques que contienen butadieno pueden contener también estireno. Entre los bloques aislados se pueden presentar transiciones nítidas o difusas. Se encuentra una sipnosis sobre copolímeros en bloques de estireno-butadieno, por ejemplo, en Kunststoff Handbuch, tomo 4 Polystryrol, editorial Carl Hanser Munich-Viena, 1996, capítulo 3.3.4, páginas 161-164.
Mezclas de copolímeros de tres bloques lineales S-B-S con diferente composición y pesos moleculares son conocidas por la DE-A 29 40 861. La mezcla se obtiene mediante polimerización aniónica secuencial con dosificación de iniciador y estireno doble, común. La proporción de la cantidad de iniciador en la primera etapa respecto a la de la segunda etapa se sitúa en el intervalo de 1:2 a 1:7, esto significa que el copolímero en bloques con el bloque de estireno más corto predomina claramente. Mientras que la transición entre el primer bloque de estireno y el bloque que contiene butadieno es nítida, el bloque que contiene butadieno pasa gradualmente al segundo bloque de estireno.
La US 5,227,419 describe mezclas de copolímeros en bloques cuyos bloques que contienen butadieno presentan un gradiente de estireno. En la mezcla, el copolímero en bloques con la fracción de bloque de estireno más elevada se presenta igualmente en cantidad subordinada.
No obstante, los copolímeros en bloques descritos, en mezclas con poliestireno con tenacidad comparable, conducen a una reducción drástica de la rigidez frente a la de poliestireno. También se reduce claramente la estabilidad termodimensional.
La WO 03/046075 describe mezclas de copolímeros en bloques de estireno-butadieno transparentes, que presentan un comportamiento de tenacidad/rigidez mejorado en mezclas con poliestireno, y una estabilidad termodimensional más elevada.
Era tarea de la presente invención poner a disposición elastómeros mejorados a base de copolímeros en bloque de estireno-butadieno con tensión de estiramiento reducida y módulo de elasticidad reducido. Los elastómeros presentarán además un poder de recuperación elástico elevado.
Por consiguiente se encontraron las mezclas citadas al inicio.
Las mezclas contienen preferentemente
a)
un 10 a un 30% en peso de copolímero en bloques de estructura (I), y
b)
un 90 a un 70% en peso de copolímero en bloques de estructura (II).
Como monómeros aromáticos vinílicos se pueden emplear, a modo de ejemplo, estireno, alfa-metilestireno, estirenos alquilados en el núcleo, como p-metilestireno o terc-butilestireno, o 1,1-difeniletileno, o mezclas de los mismos.
Los dienos preferentes son butadieno, isopreno, 2,3-dimetilbutadieno, 1,3-pentadieno, 1,3-hexadieno o piperileno, o sus mezclas; son especialmente preferentes butadieno e isopreno.
Los copolímeros en bloques especialmente preferentes se forman a partir de los monómeros estireno y butadieno.
Los bloques (S/B)_{1} y (S/B)_{2} están constituidos por dienos y monómeros aromáticos vinílicos. La proporción monómero aromático vinílico/dieno se sitúa generalmente en el intervalo de 0,1 a 0,9 para los bloques (S/B)_{1} y (S/B)_{2},
pudiéndose presentar en los bloques (S/B)_{1} y (S/B)_{2} las mismas o diferentes proporciones de monómero aromático vinílico/dieno. Los copolímeros en bloques (S/B)_{1} y (S/B)_{2} presentan preferentemente una proporción monómero aromático vinílico/dieno en el intervalo de 0,3 a 0,7. Los copolímeros en bloques presentan de modo especialmente preferente una distribución estadística de monómeros diénicos y aromáticos vinílicos. Los bloques (S/B)_{1} y (S/B)_{2} pueden estar subdivididos también en varios bloques con diferente proporción de monómero aromático vinílico/dieno.
Las transiciones entre los bloques aislados son nítidas, es decir, la composición se modifica bruscamente.
Los pesos moleculares promedio en número M_{n} de S_{1} se sitúan en el intervalo de 40.000 a 100.000 g/mol, preferentemente en el intervalo de 45.000 a 70.000, de modo especialmente preferente en el intervalo de 50.000 a 60.000. Los pesos moleculares promedio en número M_{n} de S_{2}, S_{3} y S_{4} se sitúan respectivamente y de modo independiente entre sí en el intervalo de 5.000 a 20.000 g/mol, preferentemente en el intervalo de 8.000 a 17.000 g/mol, de modo especialmente preferente en el intervalo de 11.000 a 14.000 g/mol. Los bloques B_{1} y B_{2} constituidos por dienos o bloques de copolímero de dienos y monómeros aromáticos vinílicos presentan respectivamente, de modo independiente entre sí, un peso molecular promedio en número M_{n} en el intervalo de 15.000 a 40.000 g/mol, preferentemente en el intervalo de 18.000 a 30.000 g/mol, de modo especialmente preferente en el intervalo de 20.000 a 25.000 g/mol.
Preferentemente, los copolímeros en bloques (II) presentan estructura simétrica, es decir, los bloques S_{3} y S_{4} presentan los mismos pesos moleculares promedio en número M_{n}. Por el contrario, los copolímeros en bloques (I) son claramente asimétricos con una proporción de pesos moleculares promedio en número de S respecto a S_{2} de al menos 2, preferentemente en el intervalo de 5 a 8.
Las mezclas según la invención se pueden obtener elaborándose los copolímeros en bloques (I) y (II) respectivamente mediante polimerización aniónica secuencial de monómeros aromáticos vinílicos y dienos con iniciadores orgánicos de metales alcalinos sucesivamente, o en diversos reactores, y mezclándose a continuación en proporción ponderal en el intervalo de 5/95 - 40/60, preferentemente 10/90 a 30/70.
Como iniciador de polimerización aniónico, se pueden emplear los habituales alquilos, arilos o aralquilos metálicos alcalinos mono-, bi- o multifuncionales. Convenientemente se emplean compuestos orgánicos de litio, como etil-, propil-, isopropil-, n-butil-, sec-butil-, terc-butil-, fenil-, difenilhexil-, hexametildi-, butadienil-, isoprenil-, poliestirillitio, 1,4-dilitiobutano, 1,4-dilitio-2-buteno o 1,4-dilitiobenceno. La cantidad requerida de iniciador de polimerización se ajusta al peso molecular deseado. Por regla general, esta se sitúa en el intervalo de un 0,001 a un 5% en moles, referido a la cantidad de monómeros total.
La polimerización se puede efectuar en presencia de un disolvente. Como disolventes son apropiados los hidrocarburos alifáticos, cicloalifáticos o aromáticos habituales para polimerización aniónica con 4 a 12 átomos de carbono, como pentano, hexano, heptano, ciclohexano, metilciclohexano, iso-octano, benceno, alquilbencenos, como tolueno, xileno, etilbenceno o decalina, o mezclas apropiadas. Preferentemente se emplean ciclohexano y metilciclohexano.
En presencia de organilos metálicos que actúan retardando la velocidad de polimerización, como alquilos de magnesio, aluminio o cinc, la polimerización se puede llevar a cabo también sin disolventes.
Una vez concluida la polimerización se pueden cerrar las cadenas de polímero vivas con un agente de interrupción de cadenas. Como agente de interrupción de cadenas son apropiadas substancias con protones activos o ácidos de Lewis, como por ejemplo agua, alcoholes, ácidos carboxílicos alifáticos o aromáticos, así como ácidos orgánicos, como ácido carbónico o ácido bórico.
La mezcla de copolímeros en bloques se puede efectuar en cualquier momento una vez concluida la polimerización, es decir, por ejemplo antes o después de la terminación, desgasificación u otros pasos de elaboración. La obtención separada temporal o espacialmente de copolímeros en bloques (I) y (II) tiene la ventaja de que los pesos moleculares promedio en número M_{n} de los bloques aislados S y B se pueden seleccionar libremente.
Según un procedimiento alternativo, los copolímeros en bloques (I) y (II) se pueden obtener mediante polimerización aniónica secuencial de monómeros aromáticos vinílicos y dienos con iniciadores orgánicos metálicos alcalinos simultáneamente en un reactor mediante dosificación doble, común, de iniciador y monómeros aromáticos vinílicos, dependiendo la proporción de la cantidad de iniciador I_{1} de la primera dosificación respecto a la cantidad de iniciador I_{2} de la segunda dosificación de la proporción de mezcla deseada y las estructuras en bloques de copolímeros en bloques (I) y (II). Después de cada dosificación se polimeriza hasta conversión completa de monómeros. Las mezclas obtenidas conforme a este procedimiento presentan pesos moleculares promedio en número M_{n} respectivamente iguales para los bloques S_{2} y S_{4}, y los mismos pesos moleculares promedio en número M_{n} para los bloques (S/B)_{1} y (S/B)_{2}.
Las dosificaciones sucesivas y las especies de polímeros formadas se reúnen en la tabla 1.
TABLA 1 Secuencia de dosificación en el caso de dosificación de iniciador doble
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1
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Mediante adición de bases de Lewis, como tetrahidrofurano, o de sales potásicas, como tetrahidrolinaloolato potásico, se puede conseguir una distribución estadística de monómeros aromáticos vinílicos y dienos en los bloques (S/B)_{1}
y (S/B)_{2}.
Las mezclas de copolímeros lineales en bloques (I) y (II) según la invención se pueden mezclar con polímeros termoplásticos en amplios intervalos.
Debido a la analogía estructural, los copolímeros en bloques (I) y (II) presentan una miscibilidad elevada, y no se llega a una separación de macrofases. En el intervalo de mezclas según la invención se encuentra una morfología vermiforme, cilíndrica y hexagonal, y comportamiento elastómero.
Debido a la diferente fracción de fase blanda, los copolímeros en bloques (I) se comportan como termoplásticos, los copolímeros en bloques (II) se comportan como elastómeros. La fracción de fase blanda (S/B)_{1} del copolímero en bloques (I) asciende a lo sumo a un 55% en peso, preferentemente a un 20 hasta un 50% en peso, referido al copolímero en bloques (I). El copolímero en bloques (II) posee una fracción de fase blanda (S/B)_{2} de al menos un 65% en peso, preferentemente en el intervalo de un 70 a un 90% en peso. En el caso de fracciones elevadas de copolímeros en bloques (I), las mezclas muestran un comportamiento de tenacidad/rigidez especialmente elevado con un máximo de módulo E y tensión de estiramiento. En el caso de aproximadamente un 80% en peso de copolímero en bloques (I) y un 20% en peso de copolímero en bloques (II) se encuentra una estructura laminar y un alargamiento de rotura elevado, de aproximadamente un 450%.
En el intervalo de mezcla según la invención, las mezclas de copolímeros en bloques se comportan como elastómeros, y presentan preferentemente un módulo E en el intervalo de 50 a 100 MPa, preferentemente en el intervalo de 60 a 180 MPa. Además, presentan un poder de recuperación elástico elevado, que es identificable mediante el resto de deformación por tracción reducido en el ensayo de histéresis.
Las mezclas de copolímeros en bloques según la invención se pueden modificar mediante hidrogenado parcial o completo. Por regla general, el grado de hidrogenado de los dobles enlaces olefínicos se sitúa en un 97% y por encima, el grado de hidrogenado de monómeros aromáticos vinílicos asciende preferentemente al menos a un 90%, de modo especialmente preferente al menos un 95, en especial un 98%.
La fracción de unidades diénicas incorporadas por polimerización, que se presenta en la forma de 1,2- vinilo, se puede regular mediante la adición de substancias con propiedades donadoras, como éteres o aminas.
A tal efecto son preferentes tetrahidrofurano, dimetoxietano o 2-alqilfurfuriléter en cantidades de un 0,1 a un 1% en volumen, en especial un 0,25 a un 0,5% en volumen, referido al hidrocarburo empleado como disolvente, por ejemplo ciclohexano.
A continuación de la obtención del copolímero en bloques, los enlaces insaturados de las unidades diénicas, y también de unidades aromáticas vinílicas del copolímero en bloques, se hidrogenan con un catalizador de hidrogenado. Preferentemente se emplean catalizadores de hidrogenado soportados. Como material soporte son apropiadas, a modo de ejemplo, substancias inorgánicas, como sulfato de bario, silicatos, carbono u óxidos de aluminio. Los metales de hidrogenado apropiados son, a modo de ejemplo, níquel, cobalto, rodio, rutenio, paladio, platino, u otros metales del grupo 8.
El hidrogenado se efectúa preferentemente en un hidrocarburo saturado como disolvente, en el que es soluble el copolímero en bloques. Preferentemente se emplean hidrocarburos cicloalifáticos, en especial ciclohexano. Convenientemente se emplea el mismo disolvente que en la polimerización, de modo que el hidrogenado se puede efectuar en un paso de procedimiento que sigue a la polimerización. El hidrogenado se puede efectuar de manera discontinua o continua, es preferente un hidrogenado continuo en un catalizador de lecho fijo.
El hidrogenado se efectúa en general a temperaturas en el intervalo de 40ºC a 250ºC, de modo especialmente preferente en el intervalo de 120ºC a 180ºC. El hidrogenado se puede llevar a cabo a presión normal hasta 350 bar, preferentemente en el intervalo de 100 a 250 bar.
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Ejemplos SB I
El copolímero en bloques SB I de la estructura (I) con un bloque medio (S/B) constituido por dos bloques de copolímero estadísticos y una fracción de fase blanda de un 49% en peso se obtuvo correspondientemente al ejemplo 9 de la WO 00/58380 mediante polimerización secuencial aniónica de estireno y butadieno en presencia de terc-amilatopotásico como randomizador.
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SB II
El copolímero en bloques SB II de la estructura (II) con un bloque medio (S/B) constituido por dos bloques de copolímero estadísticos y una fracción de fase blanda de un 8% en peso se obtuvo correspondientemente al ejemplo 2 de la US 6,197,889 B1 mediante polimerización secuencial aniónica de estireno y butadieno en presencia de terc-amilatopotásico como randomizador.
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Medidas
Los valores mecánicos, como módulo E, resistencia a la tracción y alargamiento de rotura se determinaron según ISO 527. El resto de deformación por tracción se determinó a partir de ensayos de histéresis.
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Ejemplos 1-4 y ensayos comparativos V1 a V6
Para la obtención de mezclas de copolímeros en bloques de los ejemplos 1-4 y de los ejemplos comparativos V1-V6 se mezclaron las fracciones ponderales de SB I y SB II indicadas en la tabla en una extrusora de desgasificación. Los valores mecánicos de las mezclas de copolímeros en bloques se reúnen en la tabla 2. Hasta un 40% en peso de SB I, la tensión de estiramiento y el resto de deformación por tracción permanecen en el nivel reducido del copolímero en bloques SB II.
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Claims (9)

1. Mezclas que contienen
a)
un 5 a un 40% en peso de un copolímero en bloques lineal constituido por monómeros aromáticos vinílicos y dienos de la estructura (I) S_{1}-(BIS)_{1}-S_{2} con una fracción de fase blanda (B/S)_{1} de un máximo de un 55% en peso, referido al copolímero en bloques (I), y
b)
un 95 a un 60% en peso de un copolímero en bloques lineal constituido por monómeros aromáticos vinílicos y dienos de la estructura (II) S_{3}-(BIS)_{2}-S_{4} con una fracción de fase blanda (B/S)_{2} de al menos un 65% en peso, referido al copolímero en bloques (II)
representando
S_{1} un bloque de monómeros aromáticos vinílicos con un peso molecular promedio en número M_{n} en el intervalo de 40.000 a 100.000 g/mol,
S_{2}, S_{3} y S_{4} respectivamente bloques de monómeros aromáticos vinílicos con un peso molecular promedio en número M_{n} en el intervalo de 5.000 a 20.000 g/mol,
(B/S)_{1} y (B/S)_{2} respectivamente bloques de copolímeros constituidos por dienos y monómeros aromáticos vinílicos con un peso molecular promedio en número M_{n} en el intervalo de 15.000 a 40.000 g/mol.
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2. Mezclas según la reivindicación 1, caracterizadas porque contienen
a)
un 10 a 30% en peso de copolímero en bloques de la estructura (I), y
b)
un 90 a un 70% en peso de copolímero en bloques de la estructura (II).
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3. Mezclas según la reivindicación 1 o 2, caracterizadas porque la proporción monómero aromático vinílico/dieno en los bloques (S/B)_{1} o (S/B)_{2} se sitúa en el intervalo de 0,3 a 0,7.
4. Mezclas según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizadas porque los bloques (S/B)_{1} y (S/B)_{2} representan respectivamente bloques de copolímeros de dienos y monómeros aromáticos vinílicos con distribución estadística.
5. Mezclas según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizadas porque los pesos moleculares promedio en número M_{n} de
S_{1} se sitúan en el intervalo de 45.000 a 70.000, de
S_{2}, S_{3} y S_{4} se sitúan respectivamente en el intervalo de 8.000 a 17.000 g/mol, y de
(S/B)_{1} y (S/B)_{2} se sitúan respectivamente en el intervalo de 18.000 a 30.000 g/mol.
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6. Mezclas según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizadas porque los bloques S_{3} y S_{4} presentan los mismos pesos moleculares promedio en número M_{n}.
7. Mezclas según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizadas porque respectivamente los pesos moleculares promedio en número M_{n} de S_{2} y S_{4} y los pesos moleculares promedio en número M_{n} de (S/B)_{1} y (S/B)_{2} presentan el mismo valor.
8. Procedimiento para la obtención de mezclas según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los copolímeros en bloques (I) y (II) se obtienen respectivamente mediante polimerización aniónica secuencial de monómeros aromáticos vinílicos y dienos con iniciadores orgánicos de metales alcalinos sucesivamente o en diferentes reactores, y a continuación se mezclan.
9. Procedimiento para la obtención de mezclas según la reivindicación 7, caracterizado porque los copolímeros en bloques (I) y (II) se inician simultáneamente en un reactor mediante dosificación doble, común, de iniciadores orgánicos de metales alcalinos y monómeros aromáticos vinílicos, y se polimerizan mediante polimerización secuencial aniónica de monómeros aromáticos vinílicos y dienos.
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