WO1999036451A1 - Method for producing statistical styrene-butadiene-copolymers - Google Patents

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WO1999036451A1
WO1999036451A1 PCT/EP1999/000137 EP9900137W WO9936451A1 WO 1999036451 A1 WO1999036451 A1 WO 1999036451A1 EP 9900137 W EP9900137 W EP 9900137W WO 9936451 A1 WO9936451 A1 WO 9936451A1
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WO
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monomers
psi
pbi
copolymers
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PCT/EP1999/000137
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German (de)
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Inventor
Klaus-Dieter Hungenberg
Wolfgang Loth
Konrad Knoll
Lutz Janko
Friedhelm Bandermann
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F212/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring
    • C08F212/02Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F212/04Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring
    • C08F212/06Hydrocarbons
    • C08F212/08Styrene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F236/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds
    • C08F236/02Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds
    • C08F236/04Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds conjugated
    • C08F236/10Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds conjugated with vinyl-aromatic monomers

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of statistical copolymers from anionically polymerizable monomers S and B by anionic polymerization with a polymerization initiator I, and to the copolymers obtainable thereby.
  • GB-A 903 331 describes a process for the preparation of statistical styrene-butadiene copolymers with a low vinyl content, in which the comonomers are added to the polymerization solution so slowly that under the respective polymerization conditions the comonomers are completely converted during the addition.
  • the space-time yield is low with this method.
  • the comonomers are metered in at a constant rate, the preselected monomer ratio of the feed being different from the monomer ratio of the initial charge. In this way it should be possible to keep the concentration of each monomer constant during the reaction.
  • GB-A 994 726 teaches a process in which the total amount of the vinyl aromatic monomer and the proportion of diene monomer necessary for the desired copolymer composition are introduced.
  • the faster polymerizing butadiene is metered in so that the initially selected monomer ratio is kept constant during the polymerization.
  • the method requires continuous or at least regular sampling and analysis to determine the respective styrene concentration.
  • the object of the present invention was to provide a simple and economical process for the preparation of random copolymers from monomers S and B.
  • the process should be suitable for the production of statistical styrene-butadiene copolymers with a low vinyl content and it should be possible to dispense with complex process analysis.
  • Monomers S to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last attached monomer k ⁇ B reaction rate constant of the addition of a monomer B to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last added monomer, k B s reaction rate constant of the addition of a monomer S to the growing polymer chain PBI with a
  • the copolymerization is initiated by bringing the mixture of a) into contact with the polymerization initiator I or a growing polymer chain PBI or PSI,
  • statistical copolymers is understood to mean copolymers or copolymer blocks in which the comonomers are incorporated into the polymer in largely statistical order in accordance with their relative mole percent.
  • the method can be applied to all anionically polymerizable monomers, preferably those with a vinyl group, such as vinyl aromatics, dienes, acrylates, methacrylates, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamides and methacrylamides.
  • a vinyl group such as vinyl aromatics, dienes, acrylates, methacrylates, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamides and methacrylamides.
  • the process is particularly suitable for the copolymerization of monomers S and B, which tend to form homopolymers or homopolymer blocks in the mixture, i.e. where one of the monomers in the mixture reacted much more slowly.
  • Monomer S is the monomer that reacts more slowly in the mixture.
  • Vinylaromatic monomers are preferably used as monomers S and dienes as monomers B.
  • Styrene and its derivatives substituted in the ⁇ -position or on the aromatic ring with 1 to 4 carbon atoms for example ⁇ -methylstyrene, p-methylstyrene, ethylstyrene, tert-butylstyrene, vinyltoluene, can be used as vinylaromatic monomers.
  • Styrene will be used particularly preferably.
  • dienes are suitable as dienes, but preference is given to those with conjugated double bonds such as 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethylbutadiene, 1,3-pentadiene, 1,3-hexadienes, phenylbutadiene, piperylene or mixtures thereof.
  • 1,3-Butadiene is particularly preferably used.
  • organometallic compounds are suitable for this, preferably alkali metal alkyls or aryls. Purpose-
  • Vercir-c r-cer- en ores such as ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, ter.-butyl, Phenyl, diphenylhexyl, hexamethylenedi, butadienyl, isoprenyl or.
  • Butyllithium, polystyryllithium PSLi or 1, 1-diphenylhexyllithium is preferably used, which is readily obtainable from the reaction of 1, 1-diphenylethylene with n- or sec-butyllithium 5.
  • the amount of initiator required results from the desired molecular weight and is generally in the range from 0.002 to 5 mol percent, based on the amount of monomer to be polymerized.
  • Suitable solvents are solvents which are inert to the polymerization initiator. It is expedient to use aliphatic, cycloaliphatic or aromatic hydrocarbons with 4 to 12 carbon atoms such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, iso-octane, benzene, alkylbenzenes such as toluene, xylene, ethylbenzene or decalin or suitable mixtures. 15
  • the initial concentration [S_o of the monomer S in the initial charge is generally 2 to 40, preferably 5 to 25 percent by weight.
  • the initial concentration [B] 0 of monomer B results from the desired copolymer composition and the reaction rate constants according to equation (1).
  • Monomer B is preferably added solvent-free in the feed. However, it can also be added in a suitable solvent. The same solvent is preferably used in which the polymerization is carried out. This allows z. B. achieve better dosing accuracy.
  • Polymerization is carried out at a pressure in the range from 1 to 30 20 bar and a temperature from 20 ° C. to 130 ° C., preferably 60 ° C. to 100 ° C.
  • the result is the amount of the monomers S t + ⁇ t and B t + ⁇ t and the growing polymer chains PSI t + ⁇ t and PBl t + ⁇ as well as the instantaneous volume V t + ⁇ t of the polymerization mixture at the time t + ⁇ t.
  • the feed rate r z can be calculated from this amount of monomer B 2 in mol and the concentration [B] 2 in the feed in order to set the target ratio -B_o / [S] o again before the next time increment ⁇ t.
  • the feed rate r z decreases. It has therefore proven to be advantageous to add the remaining amount in the feed at once or at a constant feed rate after polymerization of 90%, preferably 95%, in particular 98% of the total amount of monomer B to be polymerized. This can increase the polymerization time can be abbreviated without significantly influencing the polymer composition.
  • the feed rate r 2 determined by one of the methods described above is adhered to as precisely as possible, but the metering accuracy is limited, particularly in the case of technical apparatus.
  • copolymers with the desired properties are obtained if the deviation from higher or lower feed rates on each side is less than 10%, preferably less than 5%, in particular less than 2% of the feed rate r 2 determined at the respective time.
  • reaction rate constants k BB , k SS / k SB and k B s are determined experimentally with their temperature dependence for the respective polymerization system, that is to say for the respective combination of monomers, solvents and optionally additives such as Lewis bases.
  • equation (6a) After inserting the molar masses and densities for styrene, butadiene and the density of the random styrene / butadiene copolymer in equation (6), equation (6a) results:
  • the approximate parameters ci and c 2 depend on the temperature T and concentration of the polymerization solution as well as the desired molecular weight M n and the desired molar ratio s / b of the monomers S and B of the copolymer. For example, they can be adapted to experimental data using standard regression methods.
  • the parameters ci and c 2 from Table 1 can be used, for example. They apply to the temperature range 313 K to 393 K and 30 to 70 percent by weight with a molecular weight of 25000 to 100000 g / mol and a styrene content of 30 to 70 percent by weight based on the copolymer.
  • Block copolymers which contain a random copolymer block S / B can also be produced by the process according to the invention. This can be achieved by the known methods such as sequential anionic polymerization or by multifunctional initiators or with a coupling agent.
  • three-block copolymers SS / BS with a random copolymer block S / B and two blocks of essentially vinyl aromatic monomers S can be produced by sequential anionic polymerization.
  • a polymer block PSI composed of vinylaromatic monomers S is first polymerized and a statistical copolymer block S / B is closed by the process according to the invention by adding a partial amount of the monomer B in accordance with equation (1) and adding further monomer B at the addition rate r determined as described above e.g.
  • the second block S is then polymerized onto the copolymer block S / B by adding further vinylaromatic monomer S.
  • the “living” polymer ends can, if appropriate, be reacted with customary chain terminating or coupling agents in amounts which usually depend on the amount of initiator used.
  • Suitable chain terminators are proton-active substances or Lewis acids such as water, alcohols, aliphatic and aromatic carboxylic acids and inorganic acids such as carbonic acid or boric acid.
  • bifunctional or multifunctional compounds for example halides of aliphatic hydrocarbons, such as dibromomethane, bischloromethylbenzene or silicon tetrachloride, dialkylsilicon dichloride, alkylsilicon trichloride or tin tetrachloride, polyfunctional aldehydes such as terephthalic acid or epoxides, ester, epoxide, ester, or epoxide, ester, epidonaldehyde, and epoxides are used.
  • halides of aliphatic hydrocarbons such as dibromomethane, bischloromethylbenzene or silicon tetrachloride, dialkylsilicon dichloride, alkylsilicon trichloride or tin tetrachloride
  • polyfunctional aldehydes such as terephthalic acid or epoxides, ester, epoxide, ester, or epoxid
  • Carboxylic esters such as ethyl acetate are preferably used as coupling agents if no Lewis bases such as tetrahydrofuran are present.
  • diepoxides such as 1,4-butanediol diglycidyl ether or epoxidized vegetable oils such as epoxidized linseed oil or soybean oil are preferably used.
  • Lewis bases such as polar, aprotic ös r-csr.itrel ocer o ler-water, cff soluble Meelsilize can be used.
  • Lewis bases which can be Diethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran, or tertiary
  • Amines such as pyridine and tributylamine can be used. Preferred among the hydrocarbon-soluble metal salts
  • Alkali or alkaline earth metal salts of primary, secondary and tertiary alcohols particularly preferably the potassium salts, such as potassium tetrahydrolinaloolate.
  • the statistical installation of the monomer can be ensured even in the event of deviations from the ideal inlet speed r z .
  • the absolute rate of polymerization can also be increased in this way, thus enabling higher space-time yields.
  • the ideal concentration depends on the choice of the randomizer.
  • a hydrocarbon such as cyclohexane as a solvent and a lithium organyl compound as an initiator
  • the ideal concentration is usually below 0.3% by volume, preferably below 0.1% by volume, particularly preferably below 0.03% by volume. .
  • a hydrocarbon such as cyclohexane as a solvent and a lithium organyl as an initiator a lithium / potassium ratio of at least 25/1, preferably at least 40/1 and particularly preferably at least 60/1 is advantageously selected.
  • the method according to the invention allows statistical
  • copolymers S / B from monomers S, such as styrene and monomers B, such as butadiene, in a simple and reproducible manner without complex process analysis.
  • the process can be quickly transferred to other process conditions such as temperature or to other copolymer compositions without time-consuming preliminary tests.

Abstract

The invention relates to a method for producing statistical copolymers from anionically polymerisable monomers S and B by means of anionic polymerisation with a polymerisation initiator I, by: a) producing a mixture containing the monomers S and B in the initial concentrations [S]0 and [B]0, the concentration [B]0 of the monomer B in the mixture being calculated according to a certain equation; b) initialising the copolymerisation by bringing the mixture obtained in a) into contact with the polymerisation initiator I or a growing polymer chain PBI or PSI; c) adding the remaining quantity of the monomer B at a charging speed of rz during the copolymerisation, said charging speed of rz in relation to time t being obtained by iterative solution of a differential equation system.

Description

Verfahren zur Herstellung von statistischen Styrol-Butadien-Copo- lymerenProcess for the preparation of statistical styrene-butadiene copolymers
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von statistischen Copoly eren aus anionisch polymerisierbaren Monomeren S und B durch anionische Polymerisation mit einem Polymerisationsi- nitiator I, sowie die dadurch erhältlichen Copolymeren.The invention relates to a process for the preparation of statistical copolymers from anionically polymerizable monomers S and B by anionic polymerization with a polymerization initiator I, and to the copolymers obtainable thereby.
Die anionische Polymerisation von vinylaromatischen Monomeren wie Styrol und Dienen wie Butadien liefert in der Regel Block- copolymere. Dies liegt an den unterschiedlichen relativen Polyme- risationsgeschwindigkeiten der verwendeten Monomeren.The anionic polymerization of vinyl aromatic monomers such as styrene and dienes such as butadiene generally gives block copolymers. This is due to the different relative polymerization rates of the monomers used.
Häufig sind jedoch statistische Copolymere oder Blockcopolymere mit statistischen Copolymerblöcken aus vinylaromatischen Monomeren und Dienen aufgrund ihrer von den Blockcopolymeren unter- schiedlichen Eigenschaften, wie Glastemperatur und mechanischem Verhalten gewünscht.However, statistical copolymers or block copolymers with random copolymer blocks composed of vinylaromatic monomers and dienes are frequently desired on account of their properties, such as glass transition temperature and mechanical behavior, which differ from the block copolymers.
Durch Zugabe von polaren Lösungsmitteln wie Ethern gelingt es, die Copolymerisationsparameter und Polymerisationsgeschwindigkei- ten so zu beeinflussen, daß Copolymere mit statistischer Verteilung der Comonomereinheiten entlang der Polymerkette erhalten werden können. Die Menge an polaren Lösungsmitteln, die hierfür nötig ist, führt jedoch in der Regel zu Copolymeren mit deutlich höherem Vinylgehalt.By adding polar solvents such as ethers, it is possible to influence the copolymerization parameters and polymerization rates in such a way that copolymers with a statistical distribution of the comonomer units along the polymer chain can be obtained. However, the amount of polar solvents required for this usually leads to copolymers with a significantly higher vinyl content.
Es wurden daher verschiedene Verfahren mit unterschiedlichen Dosierungen der Monomeren vorgeschlagen, bei denen der statistische Monomereinbau über die jeweiligen Konzentrationsverhältnisse während der Reaktion bewirkt wird. Die GB-A 903 331 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von statistischen Styrol-Butadien-Copo- lymeren mit niedrigem Vinylgehalt, bei dem die Comonomeren der Polymerisationslösung so langsam zugegeben werden, daß unter den jeweiligen Polymeristionsbedingungen vollständige Umsetzung der Comonomeren während der Zugabe erfolgt. Die Raumzeitausbeute ist bei diesem Verfahren jedoch niedrig.Various processes with different dosages of the monomers have therefore been proposed, in which the statistical monomer incorporation is effected via the respective concentration ratios during the reaction. GB-A 903 331 describes a process for the preparation of statistical styrene-butadiene copolymers with a low vinyl content, in which the comonomers are added to the polymerization solution so slowly that under the respective polymerization conditions the comonomers are completely converted during the addition. However, the space-time yield is low with this method.
Nach dem Verfahren nach DE-A 21 17 995 werden die Comonomeren mit konstanter Geschwindigkeit zudosiert, wobei das vorgewählte Monomerenverhältnis des Zulaufs verschieden vom Monomerenver- hältnis der Vorlage ist. Auf diese Weise soll es möglich sein, die Konzentration von jedem Monomer während der Reaktion konstant zu halten.According to the process according to DE-A 21 17 995, the comonomers are metered in at a constant rate, the preselected monomer ratio of the feed being different from the monomer ratio of the initial charge. In this way it should be possible to keep the concentration of each monomer constant during the reaction.
Die GB-A 994 726 lehrt ein Verfahren, bei dem die Gesamtmenge des vinylaromatischen Monomeren und der für die gewünschte Copolymer- zusammensetzung notwendige Anteil an Dienmonomer vorgelegt wird. Das schneller polymerisierende Butadien wird so zudosiert, daß das anfänglich gewählte Monomerverhältnis während der Polymerisation konstant gehalten wird. Das Verfahren setzt eine kontinu- ierliche oder zumindest regelmäßige Probennahme und Analyse zur Bestimmung der jeweiligen Styrolkonzentration voraus.GB-A 994 726 teaches a process in which the total amount of the vinyl aromatic monomer and the proportion of diene monomer necessary for the desired copolymer composition are introduced. The faster polymerizing butadiene is metered in so that the initially selected monomer ratio is kept constant during the polymerization. The method requires continuous or at least regular sampling and analysis to determine the respective styrene concentration.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von statistischen Copolymeren aus Monomeren S und B bereitzustellen. Insbesondere sollte das Verfahren zur Herstellung statistischer Styrol-Buta- dien-Copolymeren mit niedrigem Vinylgehalt geeignet sein und auf eine aufwendige Prozeßanalytik verzichtet werden können.The object of the present invention was to provide a simple and economical process for the preparation of random copolymers from monomers S and B. In particular, the process should be suitable for the production of statistical styrene-butadiene copolymers with a low vinyl content and it should be possible to dispense with complex process analysis.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von statistischen Copolymeren aus anionisch polymerisierbaren Monomeren S und B durch anionische Polymerisation mit einem Polymerisationsinitiator I gefunden, wobei manAccordingly, a process for the preparation of statistical copolymers from anionically polymerizable monomers S and B by anionic polymerization using a polymerization initiator I was found, where
a) eine Mischung, enthaltend die Monomeren S und B in den Anfangskonzentrationen [S]o und [Bio herstellt, wobei sich die Konzentration [BJo des Monomeren B in der Mischung nach Gleichung 1 berechnet:a) produces a mixture containing the monomers S and B in the initial concentrations [S] o and [Bio, the concentration [BJo of the monomer B in the mixture being calculated according to equation 1:
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000004_0001
mit s gewünschter Anteil der Monomeren S im Copolymeren inwith s desired proportion of the monomers S in the copolymer in
Molprozent, b gewünschter Anteil der Monomeren B im Copolymeren inMole percent, b desired proportion of the monomers B in the copolymer in
Molprozent, kBB Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung einesMole percent, k BB reaction rate constant of the addition of a
Monomeren B an die wachsende Polymerkette PBI mit einemMonomers B to the growing polymer chain PBI with a
Monomeren B als zuletzt angelagertem Monomer, kgs Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung einesMonomers B as the last added monomer, kg s reaction rate constant of the addition of a
Monomeren S an die wachsende Polymerkette PSI mit einem Monomeren S als zuletzt angelagertem Monomer, k≤B Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren B an die wachsende Polymerkette PSI mit einem Monomeren S als zuletzt angelagertem Monomer, kBs Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren S an die wachsende Polymerkette PBI mit einemMonomers S to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last attached monomer, k≤ B reaction rate constant of the addition of a monomer B to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last added monomer, k B s reaction rate constant of the addition of a monomer S to the growing polymer chain PBI with a
Monomeren B als zuletzt angelagertem Monomer,Monomers B as the last added monomer,
b) die Copolymerisation initiiert durch in Kontaktbringen der Mischung aus a) mit dem Polymerisationsinitator I oder einer wachsenden Polymerkette PBI oder PSI,b) the copolymerization is initiated by bringing the mixture of a) into contact with the polymerization initiator I or a growing polymer chain PBI or PSI,
c) und während der Copolymerisation die verbleibende Menge des Monomeren B mit der Zulaufgeschwindigkeit r2 zudosiert, wobei sich die Zulaufgeschwindigkeit r2 zur Zeit t durch iteratives Lösen der Differentialgleichungen (2) bis (6)c) during copolymerization and the remaining amount of the monomer B with the feed rate r 2 added, with the feed rate r 2 at the time t by iteratively solving the differential equations (2) to (6)
-dB/dt = -rz-[B]z + ∞ . psi • B +^ • PBI • B (2)-dB / dt = -r z - [B] z + ∞. psi • B + ^ • PBI • B (2)
V VV V
-dS/dt kßS PBI S + kss PSI (3) V-dS / dt kßS PBI S + kss PSI (3) V
-dPBI/dt = — • PBI • S -— • PSI • B (4)-dPBI / dt = - • PBI • S -— • PSI • B (4)
V VV V
-dPSI/dt = — • PSI • B -^2§ • PBI • S (5)-dPSI / dt = - • PSI • B - ^ 2§ • PBI • S (5)
V VV V
-dV/dt = -r2- MB-dB/dt ( 6 )
Figure imgf000005_0001
mit
-dV / dt = -r 2 - M B -dB / dt (6)
Figure imgf000005_0001
With
V Volumen der Polymerisationsmischung zum jeweiligen Zeitpunkt undV volume of the polymerization mixture at the respective time and
[B]z Konzentration des Monomeren B im Zulauf ρs, QB Dichte des Monomeren S und B ρp Dichte des Copolymeren[B] z concentration of the monomer B in the feed ρ s , Q B density of the monomer S and B ρ p density of the copolymer
Ms,Mτ- Molmasse der Monomeren S und B S, B Stoffmenge der Monomeren S und BM s , Mτ molar mass of the monomers S and B S, B Quantity of the monomers S and B
unter der Bedingung (7)on condition (7)
b d [S ] d [B] /dt = s dt (7)b d [S] d [B] / dt = s dt (7)
ergibt .results.
Unter dem Begriff statistische Copolymere werden Copolymere oder Copolymerblöcke verstanden, bei denen die Comonomeren entsprechend ihrem relativen Anteil in Molprozent in weitgehend statistischer Abfolge in das Polymer eingebaut sind.The term statistical copolymers is understood to mean copolymers or copolymer blocks in which the comonomers are incorporated into the polymer in largely statistical order in accordance with their relative mole percent.
Das Verfahren kann auf alle anionisch polymerisierbaren Monomeren, bevorzugt solche mit einer Vinylgruppe, wie Vinylaromaten, Diene, Acrylate, Methacrylate, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamide und Methacrylamide angewendet werden.The method can be applied to all anionically polymerizable monomers, preferably those with a vinyl group, such as vinyl aromatics, dienes, acrylates, methacrylates, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamides and methacrylamides.
Das Verfahren eignet sich besonders zur Copolymeristion von Monomeren S und B, die in der Mischung dazu neigen Homopolymere bzw. Homopolymerblöcke zu bilden, d.h. bei denen eines der Monomeren in der Mischung deutlich langsamer -abreagiert. Als Monomer S wird das Monomer bezeichnet, welches in der Mischung langsamer abre- agiert.The process is particularly suitable for the copolymerization of monomers S and B, which tend to form homopolymers or homopolymer blocks in the mixture, i.e. where one of the monomers in the mixture reacted much more slowly. Monomer S is the monomer that reacts more slowly in the mixture.
Bevorzugt werden vinylaromatische Monomere als Monomere S und Diene als Monomere B eingesetzt.Vinylaromatic monomers are preferably used as monomers S and dienes as monomers B.
Als vinylaromatische Monomere können Styrol und dessen in α-Stel- lung oder am aromatischen Ring mit 1 bis 4 C-Atomen substituierte Derivate, beispielsweise α-Methylstyrol, p-Methylstyrol, Ethyl- styrol, tert.-Butylstyrol, Vinyltoluol eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird Styrol verwendet werden.Styrene and its derivatives substituted in the α-position or on the aromatic ring with 1 to 4 carbon atoms, for example α-methylstyrene, p-methylstyrene, ethylstyrene, tert-butylstyrene, vinyltoluene, can be used as vinylaromatic monomers. Styrene will be used particularly preferably.
Als Diene eignen sich grundsätzlich alle Diene, bevorzugt werden jedoch solche mit konjugierten Doppelbindungen wie 1, 3-Butadien, Isopren, 2,3-Dimethylbutadien, 1, 3-Pentadien, 1, 3-Hexadiene, Phenylbutadien, Piperylen oder deren Mischungen verwendet. Beson- ders bevorzugt wird 1,3-Butadien eingesetzt.In principle, all dienes are suitable as dienes, but preference is given to those with conjugated double bonds such as 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethylbutadiene, 1,3-pentadiene, 1,3-hexadienes, phenylbutadiene, piperylene or mixtures thereof. 1,3-Butadiene is particularly preferably used.
Als Polymerisationsinitiator I können alle üblichen Initiatoren eingesetzt werden, die die anionische Polymerisation auslösen können. In der Regel eignen sich hierfür metallorganische Verbindungen, bevorzugt Alkalimetallalkyle oder -aryle. Zweck-All customary initiators which can trigger the anionic polymerization can be used as the polymerization initiator I. As a rule, organometallic compounds are suitable for this, preferably alkali metal alkyls or aryls. Purpose-
-c:?: cr/.e:sc e άer. 1 ; -.":τ".crrεr.:scr.e Vercir-c r-cer- e n eserzt wie Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, sec-Butyl-, ter .-Butyl-, Phenyl-, Diphenylhexyl-, Hexamethylendi-, Butadienyl-, Isoprenyl- oder. Bevorzugt wird Butyllithium, Polystyryllithium PSLi oder 1, 1-Diphenylhexyllithium verwendet, das leicht aus der Umsetzung von 1, 1-Diphenylethylen mit n- oder sec. -Butyllithium erhältlich 5 ist. Die benötigte Initiatormenge ergibt sich aus dem gewünschten Molekulargewicht und liegt in der Regel im Bereich von 0,002 bis 5 Molprozent bezogen auf die zu polymerisierende Monomermenge.-c:?: cr / .e: sc e άer. 1 ; -. ": τ" .crrεr.: scr.e Vercir-c r-cer- en ores such as ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, ter.-butyl, Phenyl, diphenylhexyl, hexamethylenedi, butadienyl, isoprenyl or. Butyllithium, polystyryllithium PSLi or 1, 1-diphenylhexyllithium is preferably used, which is readily obtainable from the reaction of 1, 1-diphenylethylene with n- or sec-butyllithium 5. The amount of initiator required results from the desired molecular weight and is generally in the range from 0.002 to 5 mol percent, based on the amount of monomer to be polymerized.
Als Lösungsmittel eignen sich gegenüber dem Polymerisationsinita- 10 tor inerte Lösungsmittel. Zweckmäßigerweise verwendet man aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen wie Pentan, Hexan, Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Iso-Oktan, Benzol, Alkylbenzole wie Toluol, Xylol, Ethylbenzol oder Dekalin oder geeignete Gemische. 15Suitable solvents are solvents which are inert to the polymerization initiator. It is expedient to use aliphatic, cycloaliphatic or aromatic hydrocarbons with 4 to 12 carbon atoms such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, iso-octane, benzene, alkylbenzenes such as toluene, xylene, ethylbenzene or decalin or suitable mixtures. 15
Die Ausgangskonzentration [S_o des Monomeren S in der Vorlage beträgt im allgemeinen 2 bis 40, bevorzugt 5 bis 25 Gewichtsprozent. Die Ausgangskonzentration [B]0 des Monomeren B ergibt sich aus der gewünschten Copolymerzusammensetzung und den Reakti- 20 onsgeschwindikeitskonstanten nach Gleichung (1).The initial concentration [S_o of the monomer S in the initial charge is generally 2 to 40, preferably 5 to 25 percent by weight. The initial concentration [B] 0 of monomer B results from the desired copolymer composition and the reaction rate constants according to equation (1).
Bevorzugt wird das Monomere B im Zulauf lösungsmittelfrei zugegeben. Es kann aber auch in einem geeigneten Lösungsmittel zugegeben werden. Bevorzugt wird das gleiche Lösungsmittel verwendet, 25 in dem die Polymerisation durchgeführt wird. Hierdurch läßt sich z. B. eine bessere Dosiergenauigkeit erreichen.Monomer B is preferably added solvent-free in the feed. However, it can also be added in a suitable solvent. The same solvent is preferably used in which the polymerization is carried out. This allows z. B. achieve better dosing accuracy.
Temperatur und Druck sind für die Durchführung des Verfahrens unkritisch. In der Regel wird bei einem Druck im Bereich von 1 bis 30 20 bar und einer Temperatur von 20°C bis 130°C, bevorzugt 60°C bis 100°C polymerisiert.Temperature and pressure are not critical for the implementation of the process. As a rule, polymerization is carried out at a pressure in the range from 1 to 30 20 bar and a temperature from 20 ° C. to 130 ° C., preferably 60 ° C. to 100 ° C.
Falls in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Polymerisationsinitiator nicht ein wachstumsfähiges Polymer PSI, z. B. Polystyryl- 35 lithium direkt eingesetzt wird, ergeben sich für den erstenIf in the process of the invention as a polymerization initiator is not a viable polymer PSI, e.g. B. Polystyryl 35 lithium is used directly, arise for the first
Iterationsschritt die wachsende Polymerketten PSI nach Gleichung (13) bzw. PBI nach Gleichung (14):Iteration step of the growing polymer chains PSI according to equation (13) or PBI according to equation (14):
lnitiator ( 0)Initiator (0 )
40 PSI ( 0 ) kSB _ Initiator (Q) ( 13 ) KBS S (o)40 PSI (0) k SB _ initiator (Q) (13) K BS S ( o)
PBI (O) = Initiator ( 0) - PSI ( 0) ( 14 ]PBI (O) = initiator (0 ) - PSI (0 ) (14)
45 Die Lösung der Differentialgleichungen (2) bis (6) mit der Bedingung (7) sind dem Fachmann bekannt. Für die näherungsweise Lösung des GleichungsSystems (2) bis (7) hat sich beispielsweise folgendes Vorgehen als geeignet erwiesen, für das auch Programme auf gängigen Personal Computern verfügbar sind:45 The solution of the differential equations (2) to (6) with the condition (7) are known to the person skilled in the art. For the approximate solution of the equation system (2) to (7), for example, the following procedure has proven suitable, for which programs are also available on common personal computers:
Für Zeitinkremente Δt, die klein gegenüber der gesamten Zulauf- zeit des Monomeren B sind, kann zur Lösung der Differentialgleichungen (2) bis (6) näherungsweise die Zulaufgeschwindigkeit rz = 0 einsetzt werden. Als Ergebnis erhält man die Menge der Monomeren St + Δt und Bt + Δt und der wachsenden Polymerketten PSIt + Λt und PBlt + Λ sowie das momentane Volumen Vt + Δt der Polymerisationsmischung zum Zeitpunkt t + Δt. Während diesem Zeitinkrement Δt verarmt die Polymerisationslösung an dem schneller einpolymeri- sierenden Monomer B, so daß das Verhältnis der Monomeren B zu Monomeren S zum Zeitpunkt t + Δt nicht mehr dem Ausgangsverhältnis [B_o/-S]o nach Gleichung (1) entspricht. Man berechnet nun nach Gleichung (15) die Menge an Monomer Bz in Mol, die notwendig ist um das Ausgangsverhältnis [B]o/[S]o nach Gleichung (1) wieder her- zustellenFor time increments Δt which are small compared to the total feed time of the monomer B, the feed rate r z = 0 can approximately be used to solve the differential equations (2) to (6). The result is the amount of the monomers S t + Δt and B t + Δt and the growing polymer chains PSI t + Λt and PBl t + Λ as well as the instantaneous volume V t + Δt of the polymerization mixture at the time t + Δt. During this time increment .DELTA.t, the polymerization solution becomes depleted in the more rapidly polymerizing monomer B, so that the ratio of the monomers B to monomers S at time t + .DELTA.t no longer corresponds to the initial ratio [B_o / -S] o according to equation (1). The amount of monomer B z in moles which is necessary to restore the initial ratio [B] o / [S] o according to equation (1) is now calculated according to equation (15)
Bz = St + Δt * B0/S0 - Bt + Δt d5)B z = S t + Δt * B 0 / S 0 - Bt + Δt d5)
Aus dieser Menge an Monomer B2 in Mol sowie der Konzentration [B]2 im Zulauf läßt sich die Zulaufgeschwindigkeit rz berechnen, um vor dem nächsten Zeitinkrement Δt wieder das Sollverhältnis -B_o/[S]o einzustellen.The feed rate r z can be calculated from this amount of monomer B 2 in mol and the concentration [B] 2 in the feed in order to set the target ratio -B_o / [S] o again before the next time increment Δt.
Dieses Verfahren wird iterativ sooft wiederholt, wie der vorgese- hen Menge Monomer B aus dem Zulauf entspricht. Man erhält auf diese Weise eine treppenförmige Funktion der Zulaufgeschwindigkeit r2 über die Zeit. Die Zeitinkremente Δt können konstant oder variabel gewählt werden. Die erhaltenen Werte der Zulaufgeschwin- dikeiten zu verschiedenen Zeiten können auch nach bekannten ma- thematischen Verfahren geglättet und durch stetige Funktionen, beispielsweise der Form r2 = b * mfc angenähert werden. Auf diese Weise lassen sich einfache Funktionen für die Steuerung des Zulaufes wählen.This process is repeated iteratively as often as the intended amount of monomer B from the feed corresponds. In this way, a step-like function of the inlet speed r 2 over time is obtained. The time increments Δt can be chosen to be constant or variable. The values of the inlet speeds obtained at different times can also be smoothed according to known mathematical methods and approximated by continuous functions, for example the form r 2 = b * m fc . In this way, simple functions for controlling the inflow can be selected.
Gegen Ende des Zulaufes der Monomeren B nimmt die Zulaufgeschwindigkeit rz ab. Es hat sich daher als vorteilhaft erwiesen, nach Polymerisation von 90%, vorzugsweise 95%, insbesondere 98% der gesamten zu polymerisierenden Menge an Monomer B, die verbleibende Menge im Zulauf auf einmal oder mit konstanter Zulauf- geschwindigkeit zuzugeben. Dadurch kann die Polymerisationszeit abgekürzt werden, ohne die Polymerzusammensetzung wesentlich zu beeinflussen.Towards the end of the feed of the monomers B, the feed rate r z decreases. It has therefore proven to be advantageous to add the remaining amount in the feed at once or at a constant feed rate after polymerization of 90%, preferably 95%, in particular 98% of the total amount of monomer B to be polymerized. This can increase the polymerization time can be abbreviated without significantly influencing the polymer composition.
Zur Erzielung eines idealen statistischen Einbaus der Comonomeren in das Polymer wird die nach einem der oben beschriebenen Verfahren ermittelte Zulaufgeschwindigkeit r2 möglichst exakt eingehalten, insbesondere bei technischen Apparaturen ist die Dosiergenauigkeit jedoch begrenzt. In der Regel erhält man jedoch Copolymere mit den gewünschten Eigenschaften, wenn die Abweichung zu höheren oder niedrigeren Zulaufgeschwindigkeiten nach jeder Seite weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5%, insbesondere weniger als 2% von der zum jeweiligen Zeitpunkt ermittelten Zulaufgeschwindigkeit r2 beträgt.In order to achieve an ideal statistical incorporation of the comonomers into the polymer, the feed rate r 2 determined by one of the methods described above is adhered to as precisely as possible, but the metering accuracy is limited, particularly in the case of technical apparatus. As a rule, however, copolymers with the desired properties are obtained if the deviation from higher or lower feed rates on each side is less than 10%, preferably less than 5%, in particular less than 2% of the feed rate r 2 determined at the respective time.
Die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten kBB, kSS/ kSB und kBs werden für das jeweilige Polymerisationssystem, das heißt für die jeweilige Kombination von Monomeren, Lösungsmittel und gegebenenfalls Zusätze wie Lewisbasen, experimentell mit ihrer Temperaturabhängigkeit ermittelt.The reaction rate constants k BB , k SS / k SB and k B s are determined experimentally with their temperature dependence for the respective polymerization system, that is to say for the respective combination of monomers, solvents and optionally additives such as Lewis bases.
Für das System Styrol, 1,3-Butadien und Cyclohexan ergeben sich beispielsweise die temperaturabhängigen Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten nach den Gleichungen (8) bis (11):For the system styrene, 1,3-butadiene and cyclohexane, for example, the temperature-dependent reaction rate constants result from equations (8) to (11):
11170 kBB =l , 2 - 10^exρ - mol -ιs-l (8)11170 k BB = 1,2-10 ^ exρ - mol -ι s -l (8)
7074 kss =2,2.108exp(- ——- I mol-ls-i (9)7074 k ss = 2.2.108exp (- ——- I mol- l s- i (9)
kSB =2,l-1012exp(- —^— ) ol-is-1 (10)k SB = 2, l-10 12 exp (- - ^ -) ol- i s- 1 (10)
kBS =l,3-1012exp(- —— j mol-is-* (11)k BS = 1.3-10 12 exp (- —— j mol- i s- * (11)
Nach Einsetzen der Molmassen und Dichten für Styrol, Butadien und der Dichte des statistischen Styrol/Butadien-Copolymeren in Gleichung (6) ergibt sich die Gleichung (6a):After inserting the molar masses and densities for styrene, butadiene and the density of the random styrene / butadiene copolymer in equation (6), equation (6a) results:
-dV/dt = -r2 - 0,020 dS/dt - 0,029 dB/dt (6a). Näherungsweise kann man die Zulaufgeschwindigkeit rz durch eine-dV / dt = -r 2 - 0.020 dS / dt - 0.029 dB / dt (6a). The feed rate r z can be approximated by a
Exponentialgleichung der Formel (12)Exponential equation of formula (12)
rz = Vges* ci * exp(-c2*t) (12;r z = Vges * ci * exp (-c 2 * t) (12;
mitWith
Vges Gesamtvolumen aus Vorlage und Zulauf cι,c2 Näherungsparameter t Zeit ab Beginn des Zulaufs von Monomer BVges total volume from supply and inflow cι, c 2 approximation parameters t time from the start of the inflow of monomer B.
beschreiben.describe.
Die Näherungsparameter ci und c2 sind abhängig von der Temperatur T und Konzentration der Polymersiationslosung sowie dem gewünschten Molekulargewicht Mn und dem gewünschten Molverhältnis s/b der Monomeren S und B des Copolymeren. Sie lassen sich beispielsweise durch übliche Regressionsverfahren an experimentelle Daten anpassen.The approximate parameters ci and c 2 depend on the temperature T and concentration of the polymerization solution as well as the desired molecular weight M n and the desired molar ratio s / b of the monomers S and B of the copolymer. For example, they can be adapted to experimental data using standard regression methods.
Für die Herstellung von statistischen Styrol-Butadien-Copolymeren in Cyclohexan als Lösungsmittel können z.B. die Parameter ci und c2 aus der Tabelle 1 eingesetzt werden. Sie gelten für den Temperaturbereich 313 K bis 393 K und 30 bis 70 Gewichtsprozent bei einem Molekulargewicht von 25000 bis 100000 g/mol und einem Styrolgehalt von 30 bis 70 Gewichtsprozent bezogen auf das Copolymer. For the production of statistical styrene-butadiene copolymers in cyclohexane as solvent, the parameters ci and c 2 from Table 1 can be used, for example. They apply to the temperature range 313 K to 393 K and 30 to 70 percent by weight with a molecular weight of 25000 to 100000 g / mol and a styrene content of 30 to 70 percent by weight based on the copolymer.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Blockcopolymere die einen statistischen Copolymerblock S/B enthalten, herstellt werden. Dies kann durch die bekannten Verfahren wie sequentelle anionische Polymerisation oder durch mehrfunktioneile Initiatoren oder mit Kopplungsmittel erreicht werden.Block copolymers which contain a random copolymer block S / B can also be produced by the process according to the invention. This can be achieved by the known methods such as sequential anionic polymerization or by multifunctional initiators or with a coupling agent.
Beispielsweise lassen sich Dreiblockcopolymeren S-S/B-S mit einem statistischen Copolymerblock S/B und zwei Blöcken aus im wesent- liehen vinylaromatischen Monomeren S durch sequentielle anionische Polymerisation herstellen. Hierzu polymerisiert man zuerst einen Polymerblock PSI aus vinylaromatischen Monomeren S und schließt einen statistischen Copolymerblock S/B nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Zugabe einer Teilmenge des Mo- nomeren B entsprechend Gleichung (1) und Zugabe weiteren Monomers B mit der wie oben beschrieben ermittelten Zugabegeschwindigkeit rz. Anschließend polymerisiert man den zweiten Block S an den Copolymerblock S/B durch Zugabe von weiterem vinylaromatischem Monomer S.For example, three-block copolymers SS / BS with a random copolymer block S / B and two blocks of essentially vinyl aromatic monomers S can be produced by sequential anionic polymerization. To this end, a polymer block PSI composed of vinylaromatic monomers S is first polymerized and a statistical copolymer block S / B is closed by the process according to the invention by adding a partial amount of the monomer B in accordance with equation (1) and adding further monomer B at the addition rate r determined as described above e.g. The second block S is then polymerized onto the copolymer block S / B by adding further vinylaromatic monomer S.
Nach beendetem Molekulargewichtsaufbau können die "lebenden" Po- lymerenden gegebenenfalls mit üblichen Kettenabbruch- oder Kopplungsmitteln in Mengen, die sich gewöhnlich nach der eingesetzten Initiatormenge richten, umgesetzt werden.After the molecular weight has been built up, the “living” polymer ends can, if appropriate, be reacted with customary chain terminating or coupling agents in amounts which usually depend on the amount of initiator used.
Als Kettenabbruchmittel eignen sich protonenaktive Substanzen oder Lewissäuren wie beispielsweise Wasser, Alkohole, aliphatische und aromatische Carbonsäuren sowie anorganische Säuren wie Kohlensäure oder Borsäure.Suitable chain terminators are proton-active substances or Lewis acids such as water, alcohols, aliphatic and aromatic carboxylic acids and inorganic acids such as carbonic acid or boric acid.
Zur Kopplung der Blockcopolymeren können bi- oder mehrfunktio- nelle Verbindungen, beispielsweise Halogenide von aliphatischen Kohlenwasserstoffen, wie Dibrommethan, Bischlormethylbenzol oder Siliziumtetrachlorid, Dialkylsiliziumdichlorid, Alkylsilizium- trichlorid oder Zinntetrachlorid, polyfunktionelle Aldehyde wie Therephtalsäuredialdehyd, Ketone, Ester, Anhydride oder Epoxide eingesetzt werden. Bevorzugt werden Carbonsäureester wie Essig- säureethylester als Kopplungsmittel eingesetzt, wenn keine Lewisbasen wie Tetrahydrofuran zugegen sind. In Gegenwart von Basen verwendet man bevorzugt Diepoxide wie 1, 4-Butandioldiglycidyl- ether oder epoxidierte Pflanzenöle wie epoxidiertes Leinsamenöl oder Sojabohnenöl.To couple the block copolymers, bifunctional or multifunctional compounds, for example halides of aliphatic hydrocarbons, such as dibromomethane, bischloromethylbenzene or silicon tetrachloride, dialkylsilicon dichloride, alkylsilicon trichloride or tin tetrachloride, polyfunctional aldehydes such as terephthalic acid or epoxides, ester, epoxide, ester, or epoxide, ester, epidonaldehyde, and epoxides are used. Carboxylic esters such as ethyl acetate are preferably used as coupling agents if no Lewis bases such as tetrahydrofuran are present. In the presence of bases, diepoxides such as 1,4-butanediol diglycidyl ether or epoxidized vegetable oils such as epoxidized linseed oil or soybean oil are preferably used.
Als ein die Polymerisationsparameter beeinflussender Zusatz (Ran- domizer) können beispielsweise Lewisbasen, wie polare, aprotische ös r-csr.itrel ocer o ler-wassers cfflösliche Me-ailsaize eingesetzt werden. Als Lewisbasen können beispielsweise Dirnethylether, Diethylenglykoldimethylether, Tetrahydrofuran, oder tertiärerAs an additive influencing the polymerization parameters (Randomizer), for example Lewis bases, such as polar, aprotic ös r-csr.itrel ocer o ler-water, cff soluble Meelsilize can be used. Examples of Lewis bases which can be Diethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran, or tertiary
Amine wie Pyridin und Tributylamin verwendet werden. Unter den kohlenwasserstofflöslichen Metallsalzen verwendet man bevorzugtAmines such as pyridine and tributylamine can be used. Preferred among the hydrocarbon-soluble metal salts
Alkali- oder Erdalkalisalze primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole, besonders bevorzugt die Kaliumsalze, wie Kaliumtetrahy- drolinaloolat.Alkali or alkaline earth metal salts of primary, secondary and tertiary alcohols, particularly preferably the potassium salts, such as potassium tetrahydrolinaloolate.
Durch den Zusatz eines Randomizer kann der statistische Monome- reinbau auch bei Abweichungen von der idealen Zulaufgeschwindig- keit rz sichergestellt werden. Auch die absolute Polymerisationsgeschwindigkeit kann auf diese Weise erhöht und somit höhere Raum-Zeitausbeuten ermöglicht werden.With the addition of a randomizer, the statistical installation of the monomer can be ensured even in the event of deviations from the ideal inlet speed r z . The absolute rate of polymerization can also be increased in this way, thus enabling higher space-time yields.
Wenn auf einen niedrigen Vinylgehalt Wert gelegt wird, wird je- doch kein Randomizer zugegeben oder die Konzentration so niedrig gehalten, daß der Vinylgehalt nicht wesentlich steigt. Die ideale Konzentration hängt von der Wahl des Randomizers ab. Bei Verwendung von Tetrahydrofuran als Randomizer, einem Kohlenwasserstoff wie Cyclohexan als Lösungsmittel und einer Lithiumorga- nylverbindung als Initiator liegt die ideale Konzentration üblicherweise unterhalb 0,3 Volumenprozent bevorzugt unter 0,1 Vol.-%, besonders bevorzugt unterhalb 0,03 Vol.-%.If a low vinyl content is important, however, no randomizer is added or the concentration is kept so low that the vinyl content does not increase significantly. The ideal concentration depends on the choice of the randomizer. When using tetrahydrofuran as a randomizer, a hydrocarbon such as cyclohexane as a solvent and a lithium organyl compound as an initiator, the ideal concentration is usually below 0.3% by volume, preferably below 0.1% by volume, particularly preferably below 0.03% by volume. .
Bei Verwendung von Kaliu tetrahydrolinaloolat als Randomizer, einem Kohlenwasserstoff wie Cyclohexan als Lösungsmittel und einem Lithiumorganyl als Initiator wird zweckmäßigerweise ein Lithium/Kalium-Verhältnis von mindestens 25/1, bevorzugt mindestens 40/1 und besonders bevorzugt mindestens 60/1 gewählt.When using potassium tetrahydrolinaloolate as a randomizer, a hydrocarbon such as cyclohexane as a solvent and a lithium organyl as an initiator, a lithium / potassium ratio of at least 25/1, preferably at least 40/1 and particularly preferably at least 60/1 is advantageously selected.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, statistischeThe method according to the invention allows statistical
Copolymere S/B aus Monomeren S, wie Styrol und Monomeren B wie Butadien auf einfache und reproduzierbare Weise ohne aufwendige Prozeßanalytik herzustellen. Das Verfahren kann schnell auf andere Prozeßbedingungen, wie Temperatur oder auf andere Copolymer- Zusammensetzungen ohne zeitaufwendige Vorversuche übertragen werden.To produce copolymers S / B from monomers S, such as styrene and monomers B, such as butadiene, in a simple and reproducible manner without complex process analysis. The process can be quickly transferred to other process conditions such as temperature or to other copolymer compositions without time-consuming preliminary tests.
BeispieleExamples
Herstellung von statistischen Styrol-Butadien-CopolymerenProduction of statistical styrene-butadiene copolymers
Beispiele 1 bis 3 :Examples 1 to 3:
Cyclohexan, Styrol und Butadien wurden in den aus Tabelle 1 er- sichtlichen Mengen VQ vorgelegt. Der Polymerisationsinitiator n-Cyclohexane, styrene and butadiene were introduced in the amounts VQ shown in Table 1. The polymerization initiator n
B yll i r.i -_r '3 lι' v-irάe oei 8C°C r regeser. r-ά glei hze tig der Butadienzulauf gestartet. Die Zulaufgeschwindigkeit wurde bis zur angegebenen Endzeit (Tabelle 1) entsprechend den Kurven aus Figur 1. eingestellt, anschließend wurde der verbleibende Rest mit 0,01 ml/s zudosiert. Die Copolymeren zeigen nur eine Glasstufe und der 1, 2-Vinylgehalt liegt unter 8 % (Tabelle 1).B yll i ri -_r '3 lι' v-irάe oei 8C ° C r regeser. The butadiene feed started at the same time. The feed rate was up to specified end time (Table 1) according to the curves from Figure 1, then the remaining amount was metered in at 0.01 ml / s. The copolymers show only one glass level and the 1,2-vinyl content is below 8% (Table 1).
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Figure imgf000014_0001

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von statistischen Copolymeren aus anionisch poly erisierbaren Monomeren S und B durch anionische Polymerisation mit einem Polymerisationsinitiator I, dadurch gekennzeichnet, daß man1. A process for the preparation of statistical copolymers from anionically polymerizable monomers S and B by anionic polymerization using a polymerization initiator I, characterized in that
a) eine Mischung, enthaltend die Monomeren S und B in den Anfangskonzentrationen [S]o und [B] 0 herstellt, wobei sich die Konzentration [B] o des Monomeren B in der Mischung nach Gleichung 1 berechnet:a) produces a mixture containing the monomers S and B in the initial concentrations [S] o and [B] 0 , the concentration [B] o of the monomer B in the mixture being calculated according to equation 1:
/ (s-b)-kSB-kBS -.1 / (s-b)-kSB-kBS \2 b-kss-kBS / (sb) -k SB -k BS -.1 / (sb) -k SB -k BS \ 2 bk ss -k BS
[B], [S], (1)[B], [S], (1)
2-s-kßB-ksB y \ 2 -s-kßß-ksB s kBB kgß2-s-kßB-ksB y \ 2 -s-kßß-ksB s k BB kgß
mit s gewünschter Anteil der Monomeren S im Copolymeren in Molprozent, b gewünschter Anteil der Monomeren B im Copolymeren in Molprozent, kBB Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren B an die wachsende Polymerkettewith s desired proportion of the monomers S in the copolymer in mole percent, b desired proportion of the monomers B in the copolymer in mole percent, k BB reaction rate constant of the addition of a monomer B to the growing polymer chain
PBI mit einem Monomeren B als zuletzt angelagertem Monomer , kss Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren S an die wachsende Polymerkette PSI mit einem Monomeren S als zuletzt angelagertemPBI with a monomer B as the last added monomer, k ss reaction rate constant of the addition of a monomer S to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last added
Monomer , kSB Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren B an die wachsende Polymerkette PSI mit einem Monomeren S als zuletzt angelagertem Monomer, kBS Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren S an die wachsende Polymerkette PBI mit einem Monomeren B als zuletzt angelagertem Monomer ,Monomer, k SB reaction rate constant of the addition of a monomer B to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last added monomer, k BS reaction rate constant of the addition of a monomer S to the growing polymer chain PBI with a monomer B as the last added monomer,
b) die Copolymerisation initiiert durch in Kontaktbringen der Mischung aus a) mit dem Polymerisationsinitiator I oder einer wachsenden Polymerkette PBI oder PSI,b) the copolymerization is initiated by bringing the mixture of a) into contact with the polymerization initiator I or a growing polymer chain PBI or PSI,
Zeichn. c) und während der Copolymerisation die verbleibende Menge des Monomeren B mit der Zulaufgeschwindigkeit rz zudosiert, wobei sich die Zulaufgeschwindigkeit rz zur Zeit t durch iteratives Lösen der Differentialgleichungen (2) bis (6)Sign. c) during copolymerization and the remaining amount of the monomer B with the feed rate r z been added, with the feed rate r z at time t by iteratively solving the differential equations (2) to (6)
-dB/dt = -rz-[B]z + *__? ■ PSI • B +-^? • PBI • B (2)-dB / dt = -r z - [B] z + * __? ■ PSI • B + - ^? • PBI • B (2)
V VV V
-dS/dt = kßs PBI S + kss PSI (3) V V-dS / dt = ksss PBI S + kss PSI (3) V V
-dPBI/dt = ^2-? . PBI • S -— • PSI • B (4)-dPBI / dt = ^ 2-? . PBI • S -— • PSI • B (4)
V VV V
-dPSI/dt = ≥? • SI • B -^_? • PBI • S (5 )-dPSI / dt = ≥? • SI • B - ^ _? • PBI • S (5)
V VV V
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Figure imgf000016_0001
V Volumen der Polymerisationsmischung zum jeweiligen Zeitpunkt und [B] z Konzentration des Monomeren B im Zulauf ρS/ ρB Dichte des Monomeren S und B ρ Dichte des CopolymerenV Volume of the polymerization mixture at the respective time and [B] z concentration of the monomer B in the feed ρ S / ρ B density of the monomer S and B ρ density of the copolymer
MS,MB Molmasse der Monomeren S und BM S , M B molar mass of the monomers S and B
S, B Stoffmenge der Monomeren S und BS, B Amount of substance of the monomers S and B
unter der Bedingung (7)on condition (7)
b d[S] d[B]/dt = — —— (7) s dtbd [S] d [B] / dt = - —— (7) s dt
ergibt . results.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Monomer S Styrol und als Monomer B Butadien in Cyclohexan als Lösungsmittel verwendet und die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten einsetzt, die sich nach den Gleichungen (8) bis (11)2. The method according to claim 1, characterized in that styrene is used as monomer S and butadiene as monomer B in cyclohexane as the solvent and the reaction rate constants are used, which are in accordance with equations (8) to (11)
^•BB =7,2-1013exp (A-ψ? ) mol- (8)^ • BB = 7.2-10 13 exp (A-ψ ? ) Mol- (8)
kss =2,2.108exp(- —^— ) mol-is-* (9)k ss = 2.2.108exp (- - ^ -) mol- i s- * (9)
kSB =2,l-10i exp(- —-— ) mol^S"1 (10)k SB = 2, l-10 i exp (- —-—) mol ^ S "1 (10)
11070 kBS = l,3-1012exp(- —— ] mol^s-i (11)11070 k BS = 1.3-10 12 exp (- ——] mol ^ s- i (11)
für die Reaktionstemperatur T ergeben.for the reaction temperature T.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 , dadurch gekennzeich- net, daß man die Zulaufgeschwindigkeit rz durch eine Exponentialgleichung der Formel (12)3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the feed rate r z by an exponential equation of the formula (12)
rz = VgeS* ci * exp(-c2*t) (12)r z = V g e S * ci * exp (-c 2 * t) (12)
mitWith
Vges Gesamtvolumen aus Vorlage und Zulauf cι,c2 Näherungsparameter t Zeit ab Beginn des Zulaufs von Monomer B annähert.Vg es total volume from supply and inflow cι, c 2 approximation parameters t approximate time from the start of the inflow of monomer B.
4. Verfahren zur Herstellung von Blockcopolymeren mit einem statistischen Copolymerblock S/B, dadurch gekennzeichnet, daß man den Copolymerblock S/B nach einem Verfahren gemäß den An- Sprüchen 1 bis 3 herstellt.4. A process for the production of block copolymers with a random copolymer block S / B, characterized in that the copolymer block S / B is produced by a process according to claims 1 to 3.
5. Verfahren zur Herstellung von Dreiblockcopolymeren S-S/B-S mit einem statistischen Copolymerblock S/B und zwei Blöcken aus im wesentlichen vinylaromatischen Monomeren S, dadurch gekennzeichnet, daß man a) einen Polymerblock PSI durch anionische Polymerisation von vinylaromatischen Monomeren S herstellt, b) einen statistischen Copolymerblock S/B nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 anpolymerisiert c) und durch Zugabe von weiterem vinylaromatischen Monomeren S den zweiten Block S an den Copolymerblock S/B polymerisiert.5. Process for the production of three-block copolymers SS / BS with a random copolymer block S / B and two blocks of essentially vinylaromatic monomers S, characterized in that a) a polymer block PSI is produced by anionic polymerization of vinyl aromatic monomers S, b) a random copolymer block S / B is polymerized by the process according to one of claims 1 to 4 c) and by adding further vinyl aromatic monomers S the second block S to the copolymer block S / B polymerized.
6. Copolymere, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der An- sprüche 1 bis 5.6. Copolymers obtainable by the process according to one of claims 1 to 5.
7. Verwendung der Copolymeren nach Anspruch 6 zur Herstellung von Fasern, Folien und Formkörpern. 7. Use of the copolymers according to claim 6 for the production of fibers, films and moldings.
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