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.
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.
Las dosificaciones sucesivas y las especies de polímeros formadas se reúnen en la tabla 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}.
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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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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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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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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(Tabla pasa a página
siguiente)
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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