WO2004087772A1 - Method for producing an aqueous polymer dispersion using a water-insoluble polymerisation catalyst - Google Patents

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WO2004087772A1
WO2004087772A1 PCT/EP2004/003344 EP2004003344W WO2004087772A1 WO 2004087772 A1 WO2004087772 A1 WO 2004087772A1 EP 2004003344 W EP2004003344 W EP 2004003344W WO 2004087772 A1 WO2004087772 A1 WO 2004087772A1
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WO
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water
aqueous
ethylenically unsaturated
bis
alkyl
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/003344
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German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Schmid
Mubarik Mahmood Chowdhry
Peter PREISHUBER-PFLÜGL
Xavier Sava
Horst Weiss
Stefan Mecking
Ludmila Kolb
Martin Zuideveld
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G67/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing oxygen or oxygen and carbon, not provided for in groups C08G2/00 - C08G65/00
    • C08G67/02Copolymers of carbon monoxide and aliphatic unsaturated compounds
    • 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
    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of an aqueous polymer dispersion by polymerizing at least one ethylenically unsaturated compound (monomer) using at least one water-insoluble polymerization catalyst and at least one dispersant in an aqueous medium, which is characterized in that a solution of a dispersant in water is first prepared , then introduces the water-insoluble polymerization catalyst either in solid form or mixed with a water-miscible solvent or mixed with a self-dispersing ethylenically unsaturated compound in the aqueous solution of the dispersant, then disperses the water-insoluble polymerization catalyst by mechanical energy input and with the aid of this Aqueous dispersion thus obtained is then subjected to polymerization of at least one ethylenically unsaturated compound leads.
  • the present invention further relates to the aqueous polymer dispersions obtainable by the process according to the invention and to their use for paper applications, paint coatings, adhesive raw materials, molded foams, textile or leather applications, carpet backing coatings or pharmaceutical applications.
  • Aqueous dispersions of polymers are used commercially in numerous very different applications. Until now it has been difficult to produce aqueous dispersions of polyolefins and polyketones, since these polymers are usually only poorly water-soluble. In order nevertheless to arrive at polymer dispersions based on polyolefins or polyketones starting from inexpensive monomers such as olefins or carbon monoxide, suitable, water-soluble polymerization catalysts are used, which have to be prepared in a synthetically complex manner. It is also possible to produce aqueous dispersions of polyolefins or polyketones by a so-called miniemulsion polymerization, in which the polymerization catalyst is dissolved and emulsified in an organic solvent. Such a miniemulsion polymerization, however, requires an additional manufacturing step and is relatively expensive in terms of equipment.
  • the carbon monoxide copolymerization can be carried out in suspension, as described in EP-A 0305 011, or in the gas phase, for example in accordance with EP-A 0702 045.
  • suspending agents are, on the one hand, low molecular weight alcohols, in particular methanol (see also EP-A 0428228), and on the other hand non-polar or polar aprotic liquids such as dichloromethane, toluene or tetrahydrofuran (cf. EP-A 0 460743 and EP-A 0 590 942).
  • Complex compounds with bisphosphine chelate ligands whose residues on the phosphorus represent aryl or substituted aryl groups have proven to be particularly suitable for the copolymerization processes mentioned.
  • 1,3-bis (diphenylphosphino) propane or 1,3-bis [di- (o-methoxyphenyl) phosphino)] propane are particularly frequently used as chelating ligands (see also Drent et al., Chem. Rev., 1996, 96, Pp. 663 to 681).
  • the carbon monoxide copolymerization is usually carried out in the presence of acids.
  • the carbon monoxide copolymerization in low molecular weight alcohols such as methanol has the disadvantage that the carbon monoxide copolymer which forms has a high absorption capacity for these liquids and up to 80% by volume of, for example, methanol is bound or absorbed by the carbon monoxide copolymer. As a result, a large amount of energy is required to dry and isolate the carbon monoxide copolymers.
  • a further disadvantage is that even after an intensive drying process, residual amounts of alcohol still remain in the carbon monoxide copolymer.
  • EP-A 0485035 proposes the use of additions of water in proportions of 2.5 to 15% by weight to the alcoholic suspending agent in order to eliminate the residual amounts of low molecular weight alcohol in the carbon monoxide copolymer.
  • copolymers carbon monoxide copolymers formed (hereinafter referred to as "copolymers") precipitate in the organic suspension media, are separated from the organic suspension media by filtration and are further processed in bulk.
  • copolymers are not in bulk but in the form of aqueous copolymer dispersions. This is particularly the case when the copolymers are to be used, for example, as binders in adhesives, sealants, plastic plasters or paints.
  • aqueous copolymer dispersions can be prepared by appropriate suspension polymerization in organic solvents, filtration, drying, grinding and dispersing the ground copolymer particles in an aqueous medium (so-called secondary dispersions).
  • secondary dispersions The disadvantage of this step concept is that it is very complex overall and the copolymers, particularly owing to the high solvent content, are difficult to grind (adhesive bonding of the mills), and the copolymer particles obtained by grinding, if at all, are dispersed in an aqueous medium, if at all, using large amounts of emulsifier can and these aqueous secondary dispersions are unstable due to their very wide particle size distribution and tend to form coagulate or sedimentation.
  • Aqueous copolymer dispersions which are directly accessible by copolymerization of carbon monoxide and olefinically unsaturated compounds in an aqueous medium can be assumed from the following prior art.
  • DE-A 10125238 discloses stable aqueous copolymer dispersions whose preparation is carried out by copolymerizing carbon monoxide and olefinically unsaturated compounds in aqueous medium using the water-soluble metal catalysts mentioned in the abovementioned application and using special comonomers in the presence of so-called host compounds.
  • the document discloses that stable copolymer dispersions are accessible even without the use of special comonomers. This is particularly the case when the copolymerization of carbon monoxide and the olefinically unsaturated compounds is carried out in the presence of ethoxylated emulsifiers.
  • WO 97/18266 relates to secondary dispersions of polyketones which are obtained by first producing a low molecular weight polyketone in an organic solvent and then dispersing it in water with emulsifiers.
  • a disadvantage of the manufacturing process described is the additional emulsification step.
  • secondary dispersions are characterized by a broad particle size distribution, which is unfavorable for some areas of application.
  • P.W. Mul et al., Inorg. Chim. Acta 2002, 327, 147-159 describes the catalyzed terpolymerization of ethylene, propylene and carbon monoxide in mixtures of water, alcohol and other solvents.
  • the dissolved terpolymer can be separated from the aqueous phase in which the catalyst is also by phase separation.
  • the catalyst is a sulfonated diphos-palladium (II) acetate complex that is activated with strong acids.
  • II diphos-palladium
  • the present invention was therefore based on the object, the described
  • a process for the preparation of an aqueous polymer dispersion by polymerizing at least one ethylenically unsaturated compound (monomer) has been found using at least one water-insoluble polymerization catalyst and at least one dispersant in an aqueous medium, which is characterized in that firstly a solution of a dispersant in Water, then introduces the water-insoluble polymerization catalyst either in solid form or mixed with a water-miscible solvent or mixed with a self-dispersing ethylenically unsaturated compound in the aqueous solution of the dispersant, then the water-insoluble polymerization catalyst by mechanical energy input dispersed and then with the aid of the aqueous dispersion obtained in this way a polymerization of at least one ethylenically unsaturated compound.
  • the aqueous polymer dispersions are obtained by polymerizing at least one ethylenically unsaturated compound (monomer) using a water-insoluble polymerization catalyst.
  • Suitable ethylenically unsaturated compounds are both pure hydrocarbon compounds and heteroatom-containing ⁇ -olefins, such as (meth) acrylic acid esters or amides, and homoallyl or allyl alcohols, ethers or halides.
  • C 2 - to C ao -1 -alkenes are suitable among the pure hydrocarbons.
  • the low molecular weight olefins for example ethene or ⁇ -olefins having 3 to 20 carbon atoms, such as propene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, are to be emphasized.
  • cyclic olefins for example cyclopentene, cyclohexene, norbornene, aromatic olefin compounds, such as styrene or a-methylstyrene, or vinyl esters, such as vinyl acetate, can also be used.
  • aromatic olefin compounds such as styrene or a-methylstyrene
  • vinyl esters such as vinyl acetate
  • the C 2 - to C 2 o-1 alkenes are particularly suitable.
  • Q is a non-polar organic group selected from the group comprising linear or branched C to C 2 o -alkyl, often C 2 to C 18 alkyl and often C 3 to C 14 alkyl, for example methyl, ethyl, n- or i-propyl, n-, i- or t-butyl, n-, i- or neo-pentyl, -hexyl, -heptyl, -octyl, -nonyl, -decyl, -undecyl, -dodecyl, -tridecyl or - Tetradecyl, C 3 - to C -cycloalkyl, for example cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl or cyclohexyl, C 6 - to Cu-aryl, for example phenyl, naphthyl or phenanthryl and alkylaryl
  • Pol is a polar radical which is selected from the group comprising carboxyl (- C0 2 H), sulfonyl (-S0 3 H), sulfate (-OSO 3 H), phosphonyl (-PO 3 H), phosphate (-OPO 3 H 2 ) and their alkali metal salts, in particular sodium or potassium salts, alkaline earth metal salts, for example magnesium or calcium salts and / or ammonium salts.
  • Pol also includes the alkanolammonium, pyridinium, imidazolinium, oxazolinium, morpholinium, thiazoline, quinolinium, isoquinolinium, tropylium, sulfonium, guanidinium and phosphonium compounds, and especially ammonium compounds, which are accessible by protonation or alkylation of the general formula (V)
  • R 6 , R 7 and R 8 independently of one another represent hydrogen and linear or branched d- to C 20 -alkyl, frequently C to Cio-alkyl and often d- to C 5 -alkyl, alkyl being for example methyl, ethyl, n - or i-propyl, n-, i- or t-butyl, n-, i- or neo-pentyl, -hexyl, -heptyl, -octyl, -nonyl, -decyl, -undecyl, -dodecyl, -tridecyl or - is tetradecyl.
  • the corresponding anions of the abovementioned compounds are non-nucleophilic anions, such as, for example, perchlorate, sulfate, phosphate, nitrate and carboxylates, such as acetate, trifluoroacetate, trichloroacetate, propionate, oxalate, citrate, benzoate, and conjugated anions of organosulfonic acids, for example Methyl sulfonate, trifluoromethyl sulfonate and para-toluenesulfonate, furthermore tetrafluoroborate, tetraphenyl borate, tetrakis (pentafluorophenyl) borate, tetrakis [bis (3,5-trifluoromethyl) phenyl] borate, hexafluorophosphate, hexatluafluoroarsenate.
  • organosulfonic acids for example Methyl sul
  • the polar radical Pol can also be a group of the general formula (VI), (VII) or (VIII)
  • PO stands for a -CH 2 -CH (CH 3 ) -O- or a -CH (CH 3 ) -CH 2 -O group
  • k and I for numerical values from 0 to 50, often from 0 to 30 and often from 0 to 15, but k and I are not 0 at the same time.
  • (EO) k is a block of k -CH 2 -CH 2 -0 groups
  • (PO) is a block of I -CH 2 -CH (CH 3 ) -O- or -CH (CH 3 ) -CH 2 -O groups
  • R * stands for hydrogen, linear or branched C to C 2 o-alkyl, often C r to C ⁇ 0 - alkyl and often d- to C 6 -alkyl or -SO 3 H and its corresponding alkali metal, alkaline earth metal and / or ammonium salt.
  • alkyl is, for example, methyl, ethyl, n- or i-propyl, n-, i- or t-butyl, n-, i- or neo-pentyl, -hexyl, -
  • the compounds containing the structural element of the general formula (IV) are, in particular, ⁇ -olefins of the general formula (IX)
  • Preferred olefins (IX) are 10-undecenoic acid, 3-butenoic acid, 4-pentenoic acid, 5-hexenoic acid and styrene-4-sulfonic acid.
  • the proportion of the amount of the ethylenically unsaturated compound (s) containing the structural element of the general formula (IV) in the monomer mixture to be polymerized, consisting of at least one ethylenically unsaturated compound containing the structural element of the general formula (IV) and at least one of the aforementioned ethylenically unsaturated compound is 0 to 100% by weight, often 0.5 to 80% by weight and often 1.0 to 60% by weight or 2.0 to 40% by weight.
  • the ethylenically unsaturated compounds according to the invention are, in particular, ethene, propene, 1-butene, i-butene, 1-pentene, cyclopentene, 1-hexene, cyclohexene, 1-octene and / or norbornene or these in a mixture with 10-undecenoic acid, 3-butenoic acid , 4-pentenoic acid, 5-hexenoic acid and / or styrene-4-sulfonic acid.
  • carbon monoxide can also be used according to the invention, which ultimately results in polymer dispersions based on polyketones, which generally consist of alternating structural elements based on suitable ethylenically unsaturated compounds on the one hand and carbon monoxide on the other. It is advisable to set the quantitative ratio between the ethylenically unsaturated compound or compounds on the one hand and the carbon monoxide on the other hand to 80 mol% to 20 mol%, in particular to 60 mol% to 40 mol%.
  • Particularly suitable ethylenically unsaturated compounds for the production of polyketones are nonpolar ethylenically unsaturated compounds, for example ethylene or ⁇ -olefins having 3 to 20 carbon atoms.
  • water-insoluble polymerization catalysts means in particular those polymerization catalysts which have a water solubility of less than 10 "4 g catalyst per 100 g water, preferably less than 10 " 5 g catalyst per 100 g water.
  • polymer dispersions based on polyketones are to be produced using the process according to the invention, it is advisable to carry out the reaction of the ethylenically unsaturated compounds and carbon monoxide in the aqueous medium using the following polymerization catalyst:
  • R is hydrogen, linear or branched d to C 20 alkyl, C 3 to Cio-cycloalkyl, C 6 to C 1 aryl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA des Periodic table-substituted C 6 to C 14 aryl, aralkyl with 1 to 20 C atoms in the alkyl radical and 6 to 14
  • R a independently linear or branched C to C 20 alkyl, C 3 - to Cio-cycloalkyl, C 6 - to C 14 -aryl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA des accrual Systems substituted C 6 to C 14 aryl, aralkyl with 1 to 20 C atoms in the alkyl part and 6 to 14 C atoms in the aryl part,
  • R b as R a and additionally hydrogen and -Si (R c ) 3 ,
  • R c linear or branched d to C 20 alkyl, C 3 to Cio-cycloalkyl, C 6 to C 14 aryl or aralkyl having 1 to 20 C atoms in the alkyl part and 6 to 14 C atoms in the aryl part,
  • Z is an element from the VA group of the Periodic Table of the Elements
  • M is a metal selected from Groups VIIIB, IB or IIB of the Periodic Table of the Elements,
  • E 1 , E 2 is a non-metallic element from group VA of the periodic table of the elements
  • R 1 to R 4 independently of one another are linear or branched d- to C 20 -alkyl, C 3 - to Cio-cycloalkyl, C 6 - to C 14 -aryl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA of the periodic table substituted C 6 to C 1 aryl, aralkyl with 1 to 20 C atoms in the alkyl radical and 6 to 14 C atoms in the aryl radical or heteroaryl,
  • R f , R 9 independently of one another for hydrogen, linear or branched d- to C 6 -alkyl or
  • R e and R f together represent a five- or six-membered carbo- or heterocycle
  • the designations for the groups in the Periodic Table of the Elements are based on the nomenclature used by the Chemical Abstracts Service until 1986 (for example, the VA group contains the elements N, P, As, Sb, Bi; group IB contains Cu, Ag, Au).
  • Suitable metals M of the metal complexes to be used according to the invention are the metals from groups VIIIB, IB and IIB of the Periodic Table of the Elements, i.e. in addition to copper, silver or zinc, also iron, cobalt and nickel and the platinum metals such as ruthenium, rhodium, osmium, iridium and Platinum, with nickel and palladium being very particularly preferred.
  • the elements E and E 2 of the chelating ligands are the non-metallic elements of the 5th main group of the periodic table of the elements, for example nitrogen, phosphorus or arsenic. Nitrogen or phosphorus are particularly suitable, especially phosphorus.
  • the chelating ligands can contain different elements E 1 and E 2 , for example nitrogen and phosphorus.
  • the structural unit G in the metal complex (I) is a single or multi-atom bridging structural unit.
  • a bridging structural unit is basically understood to mean a grouping which connects the elements E 1 and E 2 in structure (I) to one another.
  • monatomic bridged structural units are those with a bridging atom from group IVA of the Periodic Table of the Elements, such as -C (R b ) 2 - or - Si (R a ) 2 -, in which R a independently of one another in particular for linear or branched d- to Cio-alkyl, for example methyl, ethyl, i-propyl or t-butyl, C 3 - to C 6 - cycloalkyl, such as cyclopropyl or cyclohexyl, C B - to Cio-aryl, such as phenyl or naphthyl, with functional Groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA of the periodic table substituted C 6 - to Cio-aryl, for example tolyl, (trifluoromethyl) phenyl, dimethylaminophenyl, p-methoxyphenyl or partially or perhalogen
  • the two- and three-atom bridged structural units should be emphasized, the latter generally being preferred.
  • R f , R 9 independently of one another are hydrogen, straight-chain or branched C to C 6 alkyl, such as methyl, ethyl or i-propyl, or
  • R e and R f together represent a five- or six-membered carbo- or heterocycle
  • chelate ligands such as 1, 10-phenanthroline, 2,2'-bipyridine or 4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridine or their substituted derivatives can be traced back to diatomically bridged structural units.
  • Suitable three-atom bridged structural units are generally based on a chain of carbon atoms, for example propylene (-CH 2 CH 2 CH 2 -), or on a bridging unit with a heteroatom from group IVA, VA or VIA of the periodic table of the elements, such as Silicon, nitrogen, phosphorus or oxygen in the chain structure.
  • the free valences can be substituted by d- to C 6 -alkyl, such as methyl, ethyl or tert-butyl, C 6 - to cio-aryl, such as phenyl, or by functional groups such as triorganosilyl, dialkylamino or halogen ,
  • Suitable substituted propylene bridges are, for example, those with a methyl, phenyl or methoxy group in the 2-position.
  • the radical R 5 on Z can in particular mean: hydrogen, linear or branched C to C 10 alkyl, such as methyl, ethyl, i-propyl or t-butyl, C 3 to C 6 cycloalkyl, such as cyclopropyl or cyclohexyl , C 6 - to C 10 -aryl, for example phenyl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA of the periodic table, substituted C 6 - to cio-aryl, such as tolyl, mesityl, aralkyl with 1 to 6 carbon atoms in the alkyl radical and 6 to 10 carbon atoms in the aryl radical, pyridyl, long-chain radicals with 12 to 22 carbon atoms in the chain, which have polar
  • R a independently of one another hydrogen, linear or branched Cr to C ⁇ 0 - alkyl, such as methyl, ethyl, i-propyl or t-butyl, C 3 - to C 6 -cycloalkyl, for example
  • Aryl part for example benzyl
  • R as R and additionally hydrogen and -Si (R c ) 3 ,
  • R c is linear or branched Cr to C 10 -alkyl such as methyl or ethyl, C 3 - to C 6 - cycloalkyl, for example cyclohexyl, C 6 - to C ⁇ 0 aryl, for example phenyl, or aralkyl with 1 to 6 C- Atoms in the alkyl part and 6 to 10 carbon atoms in the aryl part, for example benzyl, which, for example, trimethyl-, triethyl-, triphenyl- or t-butyldiphenylsilyl fall under the formula -Si (R c ) 3
  • the metal complexes (I) chelated with monatomic ligands those are preferred, for example, in which M is palladium positively charged as divalent is present, the elements E 1 and E 2 are phosphorus and the bridging structural unit G is methylene, ethylidene, 2-propylidene, dimethylsilylene or diphenylsilylene, in particular methylene.
  • the monatomically bridged metal complexes advantageously have radicals R1 to R4, at least one of which is a non-aromatic radical.
  • aromatic radicals phenyl and tolyl and o-, m- or p-anisyl are particularly noteworthy, among the aliphatic radicals are methyl, ethyl, n- or i-propyl, n-, i- or t-butyl, n -, i- or neo-pentyl, -hexyl, -heptyl, -ctyl, -nonyl, -decyl, -undecyl, -dodecyl, -tridecyl or -tetradecyl.
  • Metal complexes (I) which have a three-atom bridge are particularly preferred. This includes, for example, compounds in which the elements E1 and E2 are connected by a propylene unit (-CH 2 CH 2 CH 2 -) and the further substituents in formula (I) have the following meaning:
  • E 1 , E 2 phosphorus or nitrogen, in particular phosphorus
  • R 1 to R 4 independently of one another are linear or branched d- to C 20 -alkyl, frequently Cr to Cio-alkyl and often d- to C 5 -alkyl, where alkyl is, for example, methyl,
  • substituted C 6 to C 10 aryl such as linear or branched d to C 6 alkyl, for example methyl, ethyl, i-propyl, t-butyl, partially or perhaogenized d to C 6 alkyl, for example trifluoromethyl or 2,2,2-trifiuorethyl, triorganosilyl such as trimethylsilyl, triethylsilyl or t
  • Butyldiphenylsilyl amino, for example dimethylamino, diethylamino or di-i-propylamino, alkoxy, for example methoxy, ethoxy or t-butoxy, or halogen, such as fluorine, chlorine, bromine or iodine, aralkyl with 1 to 3 carbon atoms in the alkyl radical and 6 up to 10 carbon atoms in the aryl radical, for example benzyl, or heteroaryl, such as pyridyl,
  • L 1 , L 2 acetonitrile, acetylacetone, trifluoroacetate, benzonitrile, tetrahydrofuran, diethyl ether, acetate, tosylate or water, and also methyl, ethyl, propyl, butyl, phenyl or benzyl, X tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, hexafluoroantimonate, pentafluorobenzoate, trifluoromethanesulfonate, trifluoroacetate, perchlorate, p-toluenesulfonate or tetraaryl borates such as tetrakis (pentafluorophenyl) borate or tetrakis (3,5-bis) trifluoromethyl
  • Further preferred metal complexes have bidentate ligands which contain bipyridine structures.
  • E 1 , E 2 phosphorus or nitrogen, in particular phosphorus
  • R 1 to R 4 independently of one another are linear or branched Cr to C 20 alkyl, frequently d- to do-alkyl and often C to C 5 alkyl, alkyl being for example methyl, ethyl, n- or i-propyl, n- , i- or t-butyl, n-, i- or neo-pentyl, -hexyl, -heptyl,
  • C 3 - to C 6 -cycloalkyl such as cyclopropyl, cyclohexyl or 1-methylcylohexyl, especially cyclohexyl, C 6 - bis Cio-aryl, such as phenyl or naphthyl, especially phenyl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA des
  • Periodic table substituted C 6 - to Cio-aryl such as linear or branched d to C 6 alkyl, for example methyl, ethyl, i-propyl, t-butyl, partially or perhalogenated d to C 6 alkyl, for example trifluoromethyl or 2 , 2,2-trifluoroethyl, triorganosilyl, such as trimethylsilyl, triethylsilyl or t-butyldiphenylsilyl, amino, for example dimethylamino, diethylamino or di-i-propylamino, alkoxy, for example methoxy, ethoxy or t-butoxy, or halogen, such as fluorine, chlorine, Bromine or iodine, aralkyl with 1 to 3 carbon atoms in the alkyl radical and 6 to 10 carbon atoms in the aryl radical, for example benzyl, or heteroaryl, such as pyridy
  • L 1 , L 2 acetonitrile, benzonitrile, acetone, acetylacetone, diethyl ether, tetrahydrofuran, acetate, trifluoroacetate or benzoate, and also methyl, ethyl, propyl, butyl, phenyl or benzyl,
  • metal complexes used are positively charged, in particular BF 4 " , SO 4 2" , trifluoroacetate, nitrate, perchlorate, tosylate, trifluoromethanesulfonate or methanesulfonate are suitable as non-coordinating counterions.
  • the aforementioned metal complexes are used in the presence of acids, which are also referred to as activators.
  • Both mineral protonic acids and Lewis acids are suitable as activator compounds.
  • suitable protic acids are sulfuric acid, nitric acid, boric acid, tetrafluoroboric acid, perchloric acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoroacetic acid, trifluoromethanesulfonic acid or methanesulfonic acid.
  • P-Toluenesulfonic acid and tetrafluoroboric acid are preferably used.
  • Lewis acids examples include boron compounds such as triphenylborane, tris (pentafluorophenyl) borane, tris (p-chlorophenyl) borane or tris (3,5-bis (trifluoromethyl) phenyl) borane or aluminum, zinc, antimony or titanium compounds with a Lewis acid character in question. Mixtures of protonic acids or Lewis acids and protonic and Lewis acids in a mixture can also be used.
  • the molar ratio of optionally used acid to metal complex, based on the amount of metal M, is generally in the range from 60: 1 to 1: 1, frequently from 25: 1 to 2: 1 and often from 12: 1 to 3: 1.
  • the aforementioned metal complexes are used together with the acids in the presence of organic hydroxy compound.
  • Suitable organic hydroxy compounds are all low molecular weight organic substances (M w ⁇ 500) which have one or more hydroxyl groups.
  • Lower alcohols having 1 to 6 carbon atoms such as methanol, ethanol, n- or i-propanol, n-butanol, s-butanol or t-butanol, are preferred.
  • Aromatic hydroxy compounds such as phenol, can also be used.
  • Sugars such as fructose, glucose or lactose are also suitable.
  • polyalcohols such as ethylene glycol, glycerin or polyvinyl alcohol. Mixtures of several hydroxy compounds can of course also be used.
  • the molar ratio of optionally used hydroxy compound to metal complex, based on the amount of metal M is generally in the range from 0 to 100,000, often from 500 to 50,000 and often from 1,000 to 10,000.
  • the metals M can be present in the complexes in a formally uncharged, formally single positive or preferably formally double positive.
  • Suitable formally charged anionic ligands L 1 , L 2 are hydride, sulfates, phosphates or nitrates.
  • Carboxylates or salts of organic sulfonic acids such as methyl sulfonate, trifluoromethyl sulfonate or p-toluenesulfonate are also suitable.
  • the salts of organic sulfonic acids p-toluenesulfonate is preferred.
  • Preferred formally charged ligands L 1 , L 2 are carboxylates, preferably d to C 20 carboxylates and in particular Cr to C 7 carboxylates, that is to say, for example, acetate, trifluoroacetate, propionate, oxalate, citrate or benzoate. Acetate is particularly preferred.
  • Suitable formally charged organic ligands L 1 , L 2 are also C to C 20 aliphatic radicals, C 3 to C 4 cycloaliphatic radicals, C 7 to C 20 arylalkyl radicals with C 6 to C aryl radicals and d to C 6 alkyl radicals and C 6 - to -C 4 aromatic radicals, for example methyl, ethyl, propyl, i-propyl, t-butyl, n-, i-pentyl, cyclohexyl, benzyl, phenyl and aliphatic or aromatic substituted phenyl radicals.
  • Lewis bases ie compounds with at least one lone pair of electrons, are generally suitable as formally uncharged ligands L 1 , L 2 .
  • d- to C 10 -nitriles such as acetonitrile, propionitrile, benzonitrile or C 2 - to -C- 0 ketones such as acetone, acetylacetone or C 2 - to cioethers such as dimethyl ether, diethyl ether, tetrahydrofuran.
  • acetonitrile, tetrahydrofuran or water are used.
  • the ligands L 1 and L 2 can be present in any ligand combination, ie the metal complexes (I) or (III) or the rest according to formula (II) can be, for example, a nitrate and an acetate residue, a p-toluenesulfonate and contain an acetate residue or a nitrate and a formally charged organic ligand such as methyl.
  • L 1 and L 2 are preferably present as identical ligands in the metal complexes.
  • the metal complexes Depending on the formal charge of the complex fragment containing the metal M, the metal complexes contain anions X. However, if the M-containing complex fragment is formally uncharged, the complex according to the invention according to formula (I) or (III) contains none Anion X. Anions X are advantageously used which are as little nucleophilic as possible, ie which have as little tendency as possible to interact strongly with the central metal M, whether ionic, coordinative or covalent.
  • Suitable anions X are, for example, perchlorate, sulfate, phosphate, nitrate and carboxylates, such as, for example, acetate, trifluoroacetate, trichloroacetate, propionate, oxalate, citrate, benzoate, and conjugated anions of organosulfonic acids such as, for example, methylsulfonate, trifluoromethylsulfonate and p-toluene tetronate, Tetraphenylborate, tetrakis (pentafluorophenyl) borate, tetrakis [bis (3,5-trifluoromethyl) phenyl] borate, hexafluorophosphate, hexafluoroarsenate or hexafluoroantimonate.
  • organosulfonic acids such as, for example, methylsulfonate, trifluoromethylsulfonate and p-to
  • Perchlorate, trifluoroacetate, sulfonates such as methyl sulfonate, trifluoromethyl sulfonate, p-toluenesulfonate, tetrafluoroborate or hexafluorophosphate and in particular trifluoromethyl sulfonate, trifluoroacetate, perchlorate or p-toluenesulfonate are preferably used.
  • polymer dispersions based on polyolefins are to be produced using the process according to the invention, it is advisable to carry out the polymerization of the ethylenically unsaturated compounds in an aqueous medium using the following polymerization catalyst:
  • M d is a transition metal from groups 7 to 10 of the Periodic Table of the Elements (according to the nomenclature used from 1987), preferably manganese, iron, cobalt, nickel or palladium,
  • Aryl anions where L 1 d and L 2 d are covalent to one another
  • Bonds can be linked, E d nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony, X d -SO 3 -, -O-PO 3 2 -, NH (R 15 d ) 2 + , N (R 15 d ) 3 + or - ( OCH 2 CH 2 ) n OH, n is an integer from 0 to 15,
  • R 1 d hydrogen, CrC ⁇ 2 alkyl groups, C 7 -C ⁇ 3 aralkyl radicals and C 6 -C ⁇ -
  • Aryl groups unsubstituted or substituted with a hydrophilic group X d , R 2 d and R 3 d hydrogen, hydrophilic groups X d ,
  • Halogens or amino groups NR 13 d R 14 d where the radicals R 2 d and R 3 d can form a saturated or unsaturated 5- to 8-membered ring with one another, and at least one radical R 1 d , R 2 d or R 3 d bears a hydrophilic group X d ;
  • R 4 d to R 7 d are hydrogen, hydrophilic groups X d , d -CC 2 alkyl, where the alkyl groups can be branched or unbranched, CC 12 alkyl, substituted one or more times identically or differently by C C 2 alkyl groups, halogens, hydrophilic groups X d , CrC 12 alkoxy groups or the d C 1 -C 2 thioether groups, C 7 -C 3 aralkyl, C 3 -C 2 cycloalkyl,
  • R 8 d and R 9 d are hydrogen, dC 6 alkyl groups, C 7 -Ci 3 aralkyl groups and C 6 -d 4 -
  • Aryl groups unsubstituted or substituted with a hydrophilic group X d , R 10 d to R 15 d hydrogen, dC 20 alkyl groups, which in turn can be substituted with O (dC 6 alkyl) or N (CrC 6 alkylI) 2 groups , C 3 -C 2 cycloalkyl groups, C 7 -C 3 aralkyl radicals and C 6 -C aryl groups;
  • R 6 is hydrogen, dC 20 -alkyl groups, which in turn can be substituted by O (CrC 6 -alkyl) or N (d-C 6 -alkyl) 2 groups,
  • L 1 d and L 2 d are linked to one another by one or more covalent bonds.
  • ligands are 1,5-cyclooctadienyl ligands (“COD”), 1,6-cyclodecenyl ligands or 1,5,9-all-trans-cyclododecatrienyl ligands.
  • Such complex compounds of the general formula A or B, their preparation, their special configurations and particularly suitable representatives of these complex compounds are described in detail in WO 01/44325, the disclosure content of which is hereby incorporated in its entirety.
  • the compounds A and B can be used in a ratio of 0: 100 to 100: 0 mol%. Preferred embodiments are 0: 100 mol%, 10: 90 mol%, 50: 50 mol%, 90: 10 mol% and 100: 0 mol%.
  • the activator can be olefin complexes of rhodium or nickel.
  • Ni (C 2 H 4 ) 3 Ni (1, 5-cyclooctadiene) 2 "Ni (COD) 2 ", Ni (1, 6-cyclodecadiene) 2 , or Ni (1, 5,9-all-trans-cyclododecatriene ) 2 .
  • Ni (COD) 2 is particularly preferred.
  • Some complexes of the general formula A or B can be activated by ethylene.
  • the ease of the activation reaction depends crucially on the nature of the ligand L 1 d. It could be shown that in the case that L 1 d is a tetramethylethylenediamine ligand, no activator is required.
  • the dispersants used in the process according to the invention can be emulsifiers or protective colloids.
  • Suitable protective colloids are, for example, polyvinyl alcohols, polyalkylene glycols, alkali metal salts of polyacrylic acids and polymethacrylic acids, gelatin derivatives or acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, copolymers containing vinyl-2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and / or 4-styrenesulfonic acid and their alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, as well as their alkali metal nitrate, as well N- vinyl carbazole, 1-vinylimidazole, 2-vinylimidazole, 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, acrylamide, methacrylamide, amine group-bearing acryl
  • emulsifiers can of course also be used. Often only emulsifiers are used as dispersants, whose relative molecular weights, in contrast to the protective colloids, are usually below 1000. They can be of anionic, cationic or nonionic nature. Of course, if mixtures of surface-active substances are used, the individual components must be compatible with one another, which can be checked in the case of doubt using a few preliminary tests. In general, anionic emulsifiers are compatible with one another and with nonionic emulsifiers. The same applies to cationic emulsifiers, while anionic and cationic emulsifiers are usually not compatible with one another.
  • anionic, cationic and / or nonionic emulsifiers are used in particular as dispersants.
  • Common nonionic emulsifiers are, for example, ethoxylated mono-, di- and tri- alkylphenols (EO grade: 3 to 50, alkyl radical: C 4 to C ⁇ 2 ) and ethoxylated fatty alcohols (EO degree: 3 to 80; alkyl radical: C 8 to C 36 ).
  • Lutensol® A brands C 12 C fatty alcohol ethoxylates, EO grade: 3 to 8
  • Lutensol® AO brands C ⁇ 3 Ci 5 oxo alcohol ethoxylates, EO grade: 3 to 30
  • Lutensol® AT Brands C 16 d 8 - fatty alcohol ethoxylates, EO grade: 11 to 80
  • Lutensol® ON brands C 10 -
  • Typical anionic emulsifiers are, for example, alkali metal and ammonium salts of alkyl sulfates (alkyl radical: C 8 to C 2 ), of sulfuric acid semiesters of ethoxylated alkanols (EO degree: 4 to 30, alkyl radical: C 2 to C 8 ) and ethoxylated alkyl phenols (EO- Degree: 3 to 50, alkyl radical: C to C 2 ), of alkyl sulfonic acids (alkyl radical: C 2 to C ⁇ 8 ) and of alkylarylsulfonic acids (alkyl radical: C 9 to C ⁇ 8 ).
  • Compounds of the general formula (X) have also proven to be further anionic emulsifiers:
  • R y and R z represent H atoms or C 4 - to C 24 -alkyl and are not simultaneously H atoms
  • D 1 and D 2 can be alkali metal ions and / or ammonium ions.
  • R y and R E are preferably linear or branched alkyl radicals having 6 to 18 C atoms, in particular having 6, 12 and 16 C atoms or hydrogen, where R y and R z are not both H Atoms are.
  • D 1 and D 2 are preferably sodium, potassium or ammonium, with sodium being particularly preferred.
  • Suitable cationic emulsifiers are usually a C 6 - to -C 8 alkyl, - alkylaryl or heterocyclic radical having primary, secondary, tertiary or quaternary ammonium salts, alkanolammonium salts, pyridinium salts, imidazolinium salts, oxazolinium salts, morpholinium salts and thiazolinium salts Amine oxides, quinolinium salts, isoquinolinium salts, tropylium salts, sulfonium salts and phosphonium salts.
  • Examples include dodecylammonium acetate or the corresponding sulfate, the sulfates or acetates of the various 2- (N, N, N-trimethylammonium) ethyl paraffinic acid esters, N-cetylpyridinium sulfate, N-laurylpyridinium sulfate and N-cetyl-N, N, N-trimethylammonium sulfate, N- Dodecyl-N, N, N-trimethylammonium sulfate, N-octyl-N, N, N-trimethlyammonium sulfate, N, N-distearyl-N, N-dimethylammonium sulfate as well as the gemini surfactant N, N'- (lauryldimethyl) ethylenediamine disulfate, ethoxylated tallow fatty alkyl -N-methylammonium sulfate and
  • the anionic countergroups are as possible are low nucleophilic, such as perchlorate, sulfate, phosphate, nitrate and carboxylates, such as white acetate, trifluoroacetate, trichloroacetate, propionate, oxalate, citrate, benzoate, and conjugated anions of organosulfonic acids, such as, for example, methyl sulfonate, trifluoromethyl sulfonate and para-toluenesulfonate, furthermore tetrafluoroborate, tetraphenylborate (tetrakis), tetrakis (tetrakis), tetrakis (tetrakis, tetrakis (tetrakis, 5-trifluoromethyl) phenyl] borate, hexafluorophosphate, hexafluoroarsenate or hexafluoroantimonate.
  • the emulsifiers which are preferably used as dispersants are advantageously used in a total amount of 0.005 to 10 parts by weight, preferably 0.01 to 7 parts by weight, in particular 0.1 to 5 parts by weight, based in each case on 100 parts by weight of the olefinically unsaturated compounds.
  • the amount of emulsifier is frequently chosen so that the critical micelle formation concentration of the emulsifiers used is essentially not exceeded within the aqueous phase.
  • the total amount of protective colloids additionally or instead used as dispersants is often 0.1 to 10 parts by weight and often 0.2 to 7 parts by weight, based in each case on 100 parts by weight of the olefinically unsaturated compounds.
  • Organic solvents which are only slightly soluble in water can optionally be used in the process according to the invention.
  • Suitable solvents are liquid aliphatic and aromatic hydrocarbons with 5 to 30 carbon atoms, such as n-pentane and isomers, cyclopentane, n-hexane and isomers, cyclohexane, n-heptane and isomers, n-octane and isomers, n- Nonane and isomers, n-decane and isomers, n-dodecane and isomers, n-tetradecane and isomers, n-hexadecane and isomers, n-octadecane and isomers, eicosane, benzene, toluene, ethylbenzene, cumene, o-, m- or p-xylene, mesitylene, and generally hydrocarbon mixtures in the boiling range
  • Hydroxy compounds such as saturated and unsaturated fatty alcohols having 10 to 32 carbon atoms, for example n-dodecanol, n-tetradecanol, n-hexadecanol and their isomers or cetyl alcohol, ceryl alcohol or myricyl alcohol (mixture of C 30 and C 3 alcohols) can also be used.
  • Esters such as fatty acid esters with 10 to 32 C atoms in the acid part and 1 to 10 C atoms in the alcohol part or esters from carboxylic acids and fatty alcohols with 1 to 10 C atoms in the carboxylic acid part and 10 to 32 C atoms in the alcohol part.
  • Esters such as fatty acid esters with 10 to 32 C atoms in the acid part and 1 to 10 C atoms in the alcohol part or esters from carboxylic acids and fatty alcohols with 1 to 10 C atoms in the carboxylic acid part and 10 to 32 C atoms in the alcohol part.
  • the total amount of solvent is up to 15 parts by weight, preferably 0.001 to 10 parts by weight and particularly preferably 0.01 to 5 parts by weight, in each case based on 100 parts by weight of water.
  • Solvents are used in particular when the olefinically unsaturated compounds are gaseous under reaction conditions (pressure / temperature), as is the case, for example, with ethene, propene, 1-butene and / or i-butene.
  • the process according to the invention is characterized in that a solution of one or more of the dispersing agents described above is first prepared in water and then the water-insoluble polymerization catalyst is introduced into the aqueous solution of the dispersing agent.
  • the water-insoluble polymerization catalyst can be introduced into the aqueous solution of the dispersant either in solid form or mixed with a water-miscible solvent or mixed with a self-dispersing ethylenically unsaturated compound.
  • the water-insoluble polymerization catalyst is introduced as a solid or oily metal complex into the aqueous solution of the dispersant, it is advisable to do this at temperatures from 0 to 100 ° C., in particular from 20 to 80 ° C. and particularly preferably at 40 to 60 ° C.
  • the water-insoluble polymerization catalyst can be mixed with a water-miscible solvent and introduced into the aqueous solution of the dispersant.
  • Solvents suitable for this have a solubility in the aqueous reaction medium of at least 50% by weight, in particular at least 60% by weight, particularly preferably at least 70% by weight, in particular at least 80% by weight, in each case based on the total amount of solvent , on.
  • Suitable water-miscible solvents include: Alcohols such as methanol, ethanol, n- or iso-propanol, butanol or polyethylene glycols, acetone or tetrahydrofuran.
  • the water-insoluble polymerization catalyst can also be mixed with a self-dispersing, ethylenically unsaturated compound in the aqueous solution of the dispersant.
  • Suitable self-dispersing, ethylenically unsaturated compounds include 10-undecenoic acid, 3-butenoic acid, 4-pentenoic acid, 5-hexenoic acid or styrene-4-sulfonic acid, or 1-butenol, 1-pentenol, 1-hexenol or with 1-20 Eo units ethoxylated 1-butenol, 1-pentenol, 1-hexenol.
  • the water-insoluble polymerization catalyst is dispersed by mechanical energy input, preferably at temperatures from 0 to 100 ° C., in particular from 20 to 80 ° C., using the process according to the invention.
  • the mechanical energy input is preferably carried out with the aid of suitable shearers, homogenizers, ultrasonic units (sonotrodes) or stirring devices. It is also possible here to use suitable homogenizers, ultrasound units or other shearing devices to produce an aqueous mini-emulsion from the aqueous macroemulsion initially present.
  • High-pressure homogenizers for example, can be used for this purpose.
  • the fine distribution of the components in these machines is achieved through a high local energy input.
  • Two variants have proven particularly useful in this regard.
  • the aqueous macroemulsion is compressed to over 1000 bar using a piston pump and then expanded through a narrow gap.
  • the effect here is based on an interaction of high shear and pressure gradients and cavitation in the gap.
  • An example of a high-pressure homogenizer that works on this principle is the Niro-Soavi high-pressure homogenizer type NS1001 L Panda.
  • the compressed aqueous macroemulsion is expanded into a mixing chamber via two opposing nozzles.
  • the fine distribution effect depends above all on the hydrodynamic conditions in the mixing chamber.
  • An example of this type of homogenizer is the M 120 E microfluidizer from Microfluidics Corp.
  • the aqueous macroemulsion is compressed to a pressure of up to 1200 atm by means of a pneumatically operated piston pump and expanded via a so-called "interaction chamber".
  • the emulsion jet is divided into two jets in a microchannel system, which are brought together at an angle of 180 °.
  • homogenizer working according to this type of homogenization is the Nanojet type Expo from Nanojet Engineering GmbH.
  • two homogenizing valves are installed in the Nanojet, which can be adjusted mechanically.
  • homogenization can also be carried out, for example, by using ultrasound (eg Branson Sonifier II 450). The fine distribution here is based on cavitation mechanisms.
  • the devices described in GB-A 2250 930 and US-A 5,108,654 are in principle also suitable for homogenization by means of ultrasound.
  • the quality of the aqueous miniemulsion generated in the sound field depends not only on the sound power introduced, but also on other factors such as e.g. B.
  • the intensity distribution of ultrasound in the mixing chamber depends, inter alia, on the concentration of the emulsifier and on the energy introduced during the homogenization and can therefore be set in a targeted manner, for example by changing the homogenization pressure or the corresponding ultrasound energy.
  • the device described in DE-A 19756874 has proven particularly useful for producing an aqueous miniemulsion from conventional macroemulsions by means of ultrasound.
  • This is a device which has a reaction space or a flow-through reaction channel and at least one means for transmitting ultrasound waves to the reaction space or the flow-through reaction channel, the means for transmitting ultrasound waves being designed in such a way that the entire reaction space or the flow-through reaction channel can be irradiated uniformly with ultrasonic waves in one section.
  • the radiation surface of the means for transmitting ultrasound waves is designed such that it substantially corresponds to the surface of the reaction space or, if the reaction space is a section of a flow-through reaction channel, extends essentially over the entire width of the channel, and that the depth of the reaction space, which is essentially perpendicular to the radiation surface, is less than the maximum depth of action of the ultrasound transmission means.
  • depth of the reaction space essentially means the distance between the radiation surface of the ultrasound transmission means and the bottom of the reaction space.
  • Reaction chamber depths of up to 100 mm are preferred.
  • the depth of the reaction space should advantageously not be more than 70 mm and particularly advantageously not more than 50 mm.
  • the reaction spaces can in principle also have a very small depth, but in view of the lowest possible risk of clogging and easy cleanability and a high product throughput, reaction space depths are preferred which are considerably larger than, for example, the usual gap heights at high pressure are homogenizers and are usually over 10 mm.
  • the depth of the reaction space can advantageously be changed, for example by means of ultrasound transmission means immersed in the housing at different depths.
  • the radiation area of the means for transmitting ultrasound corresponds essentially to the surface of the reaction space.
  • This embodiment is used for batch production of mini emulsions.
  • ultrasound can act on the entire reaction space.
  • a turbulent flow is generated in the reaction space by the axial sound radiation pressure, which causes intensive cross-mixing.
  • such a device has a flow cell.
  • the housing is designed as a flow-through reaction channel, which has an inflow and an outflow, the reaction space being a partial section of the flow-through reaction channel.
  • the width of the channel is the channel extension which is essentially perpendicular to the direction of flow.
  • the radiation area covers the entire width of the flow channel transverse to the direction of flow.
  • the length of the radiation surface perpendicular to this width that is to say the length of the radiation surface in the direction of flow, defines the effective range of the ultrasound.
  • the flow-through reaction channel has an essentially rectangular cross section.
  • a likewise rectangular ultrasound transmission medium with corresponding dimensions is installed in one side of the rectangle, a particularly effective and uniform sound system is guaranteed. Due to the turbulent flow conditions prevailing in the ultrasonic field, however, a round transmission means can also be used without disadvantages, for example.
  • a plurality of separate transmission means can be arranged, which are connected in series as seen in the flow direction. Both the radiation surfaces and the depth of the reaction space, that is to say the distance between the radiation surface and the bottom of the flow channel, can vary.
  • the means for transmitting ultrasound waves is particularly advantageously designed as a sonotrode, whose end facing away from the free radiation surface is coupled to an ultrasound transducer.
  • the ultrasonic waves can be generated, for example, by utilizing the reverse piezoelectric effect.
  • high-frequency electrical vibrations (usually in the range from 10 to 100 kHz, preferably between 20 and 40 kHz) are generated by means of a piezoelectric transducer into mechanical vibrations of the same frequency converted and coupled with the sonotrode as a transmission element in the medium to be sonicated.
  • the sonotrode is particularly preferably designed as a rod-shaped, axially radiating ⁇ / 2 (or multiple of ⁇ / 2) longitudinal oscillators.
  • baffles are provided in the reaction space to improve the flow and mixing behavior.
  • These internals can be, for example, simple deflection plates or a wide variety of porous bodies.
  • the mixing can also be further intensified by an additional agitator.
  • the reaction space can advantageously be temperature-controlled.
  • polymerization of one or more ethylenically unsaturated compounds is carried out by the process according to the invention. If the polymerization should lead to polyketone dispersions, it is necessary to polymerize the ethylenically unsaturated compound together with carbon monoxide.
  • the partial pressure of carbon monoxide should generally be in the range from 1 to 300 bar, in particular in the range from 1 to 80 bar.
  • the polymerization reactor is usually rendered inert before being pressed on with carbon monoxide by flushing with carbon monoxide, ethylenically unsaturated compounds or inert gas, for example nitrogen or argon.
  • the polymerization temperature is generally set in a range from 0 to 120 ° C., in particular in a range from 20 to 100 ° C. and particularly preferably in a range from 40 to 80 ° C.
  • the process according to the invention can be carried out in the customary polymerization apparatus used in industry, preferably in stirred reactors, autoclaves, in particular high-pressure autoclaves, and in continuous tubular reactors or in so-called bubble columns, which can also be connected as a cascade.
  • the polymers obtained by the process according to the invention have molar masses (weight average), determined by means of gel permeation chromatography and 1, 1, 1, 3,3,3-hexafluoro-2-propanol as solvent, which are in the range from 1000 to 1,000,000, frequently in the range from 1500 to 800000 and in particular in the range from 2000 to 600000.
  • the polyketones which are likewise accessible by the processes according to the invention are, as 13 C or 1 H NMR spectroscopic studies show, generally linear, alternating carbon monoxide copolymer compounds.
  • copolymer compounds in which in the polymer chain on each carbon monoxide unit a -CH 2 -CH 2 -, -CH 2 -CH- or -CH-CH unit originating from the olefinic double bond of the at least one olefinically unsaturated compound and on each -CH 2 -CH 2 -, -CH 2 -CH- or -CH-CH unit is followed by a carbon monoxide unit.
  • the ratio of carbon monoxide units to - CH 2 -CH 2 -, -CH 2 -CH- or -CH-CH units is generally from 0.9 to 1 to 1 to 0.9, frequently from 0.95 to 1 to 1 to 0.95 and often from 0.98 to 1 to 1 to 0.98.
  • the glass transition temperature T g means the limit value of the glass transition temperature which, according to G. Kanig (Kolloid-Zeitschrift & Zeitschrift fur Polymer, Vol. 190, p. 1, equation 1), strives with increasing molecular weight.
  • the glass transition temperature is determined using the DSC method (differential scanning calorimetry, 20 K / min, midpoint measurement, DIN 53765).
  • T g 1 , T g 2 , .... T g n are the glass transition temperatures of only one of the Monomers 1, 2, .... n built up polymers in degrees Kelvin.
  • the T g values for the homopolymers of most monomers are known and are listed, for example, in Ullmann's Ecyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 5, Vol. A21, p. 169, VCH Weinheim, 1992; further sources for glass transition temperatures of homopolymers are, for example, J. Brandrup, EH Immergut, Polymer Handbook, 1 st Ed., J. Wiley, New York 1966, 2 nd Ed. J. Wiley, New York 1975, and 3 rd Ed. J. Wiley, New York 1989).
  • the polymer dispersions likewise according to the invention frequently have minimum film-forming temperatures MFT ⁇ 80 ° C., often ⁇ 50 ° C. or ⁇ 30 ° C. Since the MFT is below 0 ° C is no longer measurable, the lower limit of the MFT can only be given by the T g values.
  • the MFT is determined in accordance with DIN 53787.
  • the process according to the invention makes it possible to obtain aqueous polymer dispersions whose solids content is 0.1 to 70% by weight, often 1 to 65% by weight and often 5 to 60% by weight and all values in between.
  • the residual monomers remaining in the aqueous polymer system after completion of the main polymerization reaction can be removed by steam and / or inert gas stripping without adversely affecting the polymer properties of the copolymers present in the aqueous medium.
  • aqueous polymer dispersions which are also accessible with the aid of the process according to the invention can contain, in addition to the polymer, as further components, for example formulation auxiliaries, antioxidants, light stabilizers, dyes, pigments, and waxes or else rheology modifiers or other polymer dispersions.
  • aqueous polymer dispersions which are likewise according to the invention are frequently stable over several weeks or months and generally show virtually no phase separation, deposition or coagulum formation during this time. They are particularly suitable as binders for paper applications such as paper coating or surface sizing, for paint varnishes, adhesive raw materials, molded foams such as mattresses, textile and leather applications, carpet backing or pharmaceutical applications, and as additives in polymer blends or in building materials.
  • aqueous polymer dispersions can be prepared easily and with high productivity without great technical outlay.
  • the process according to the invention has the advantage that synthetically simple, water-soluble polymerization catalysts can also be used for the preparation of aqueous polymer dispersions.
  • TEM Transmission electron microscopy
  • DSC Differential scanning calorimetry
  • aqueous dispersions based on copolymers of ethylene and carbon monoxide (Examples 1 to 4) and aqueous dispersions based on terpolymers of ethylene, carbon monoxide and undecenoic acid (Example 5 to 13).
  • a solution of an emulsifier in water was first prepared, then the catalyst used was either in solid form (Examples 2-4) or solubilized in a water-miscible solvent (Examples 5) or mixed with a self-dispersing olefin (Examples 12-14) introduced into the aqueous solution of the emulsifier. This was followed by homogenization with ultrasound and then the actual polymerization.
  • the polymerization was carried out in a mechanically stirred 250 ml pressure reactor with a double jacket.
  • the reaction temperature was controlled by a thermal sensor immersed in the reaction mixture.
  • the volume of the reaction mixture was 100 ml.
  • palladium acetate and 1,3-bis (diphenylphosphino) propane (DPPP) were dissolved separately in a little toluene or in toluene / undecenoic acid and combined to form a yellow solution.
  • DPPP 1,3-bis (diphenylphosphino) propane palladium (II) diacetate
  • undecenoic acid 1,3-bis (diphenylphosphino) propane palladium (II) diacetate
  • the catalyst solution was added to the aqueous emulsifier solution containing p-toluenesulfonic acid.
  • the homogenization was carried out by ultrasound treatment (Bandelin HD2200 with KE76 tip; 2 min at 120 W).
  • the mini emulsions obtained were transferred to the reactor and a pressure of 40 bar (ethylene / carbon monoxide 1: 1) was applied.
  • heated (1000 rpm) either with a thermostat or with a polyethylene glycol bath.
  • the mixture was cooled and then ethene and carbon monoxide were discharged.
  • precipitated polymers these were filtered off and washed with water and methanol. If a latex was obtained, it was filtered through glass wool. A measured amount was precipitated in methanol to analyze and determine the yield.
  • the “solubilized” catalyst was prepared by homogenizing a mixture of catalyst precursor complex, one tenth of the total amount of emulsifier used and 10 ml of water by means of ultrasound (2 min, 120 W). This solution already became that The stirred and stirred aqueous emulsifier solution containing para-toluenesulfonic acid (p-TsOH) was injected through an O.45 ⁇ m micron filter, otherwise the procedure was as described in Section I.
  • p-TsOH para-toluenesulfonic acid
  • the catalyst precursor complex is dissolved in 1 ml of methanol and added dropwise in 10 ml of an emulsifier solution at 40 ° C. and stirred magnetically. Para-toluenesulfonic acid was added to the solution (10 equivalents based on Pd) and the mixture was filtered through a 0.45 ⁇ m filter.

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Abstract

The invention relates to a method for producing an aqueous polymer dispersion by the polymerisation of at least one ethylenically unsaturated compound (monomer) using at least one water-insoluble polymerisation catalyst and at least one dispersant in an aqueous medium. According to the invention, a solution of a dispersant in water is first produced and then the water-insoluble polymerisation catalyst is introduced into the aqueous solution, in solid form, or mixed with a solvent miscible in water, or mixed with a self-dispersing ethylenically unsaturated compound. The water-insoluble polymerisation catalyst is subsequently dispersed by the application of mechanical energy and finally a polymerisation of at least one ethylenically unsaturated compound is carried out with the aid of the aqueous dispersion that has been obtained in this manner.

Description

Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerisatdispersion unter Verwendung eines wasserunlöslichen PolymerisationskatalysatorsProcess for the preparation of an aqueous polymer dispersion using a water-insoluble polymerization catalyst
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerisatdispersion durch Polymerisation wenigstens einer ethylenisch ungesättigten Verbindung (Monomer) unter Verwendung wenigstens eines wasserunlöslichen Polymerisationskatalysators und wenigstens eines Dispergiermittels in wässrigem Medium, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man zunächst eine Lösung eines Dispergiermittels in Wasser herstellt, danach den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator entweder in fester Form oder vermengt mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel oder aber vermengt mit einer selbstdispergierenden ethylenisch ungesättigten Verbindung in die wässrige Lösung des Dispergiermittels einbringt, anschlie- ßend den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator durch mechanischen Energieeintrag dispergiert und mit Hilfe der auf diese Weise erhaltenen wässrigen Dispersion danach eine Polymerisation wenigstens einer ethylenisch ungesättigten Verbindung durchführt.The present invention relates to a process for the preparation of an aqueous polymer dispersion by polymerizing at least one ethylenically unsaturated compound (monomer) using at least one water-insoluble polymerization catalyst and at least one dispersant in an aqueous medium, which is characterized in that a solution of a dispersant in water is first prepared , then introduces the water-insoluble polymerization catalyst either in solid form or mixed with a water-miscible solvent or mixed with a self-dispersing ethylenically unsaturated compound in the aqueous solution of the dispersant, then disperses the water-insoluble polymerization catalyst by mechanical energy input and with the aid of this Aqueous dispersion thus obtained is then subjected to polymerization of at least one ethylenically unsaturated compound leads.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglichen wässrigen Polymerisatdispersionen sowie deren Verwendung für Papieranwendungen, Anstrichlacke, Klebrohstoffe, Formschäume, Textil- oder Lederapplikationen, Teppichrückenbeschichtungen oder pharmazeutische Applikationen.The present invention further relates to the aqueous polymer dispersions obtainable by the process according to the invention and to their use for paper applications, paint coatings, adhesive raw materials, molded foams, textile or leather applications, carpet backing coatings or pharmaceutical applications.
Wässrige Dispersionen von Polymerisaten werden in zahlreichen sehr unterschiedlichen Anwendungen kommerziell verwertet. Bisher war es schwierig, wässrige Dispersionen von Polyolefinen und von Polyketonen herzustellen, da diese Polymerisate meist nur schlecht wasserlöslich sind. Um dennoch ausgehend von kostengünstigen Monomeren wie Olefine oder Kohlenmonoxid zu Polymerisatdispersionen auf Basis von Polyolefinen oder Polyketonen zu kommen, setzt man geeignete, wasserlösliche Polymerisationskatalysatoren ein, die synthetisch aufwendig hergestellt werden müssen. Weiterhin ist es möglich, wässrige Dispersionen von Polyolefinen oder Polyketonen durch eine sogenannte Miniemulsionspolymerisation herzustellen, in denen der Polymerisationskatalysator in einem organischen Lösungsmittel gelöst und emulgiert wird. Eine derartige Miniemulsionspolymerisation erfordert aber einen zusätzlichen Herstellungsschritt und ist apparativ relativ aufwendig.Aqueous dispersions of polymers are used commercially in numerous very different applications. Until now it has been difficult to produce aqueous dispersions of polyolefins and polyketones, since these polymers are usually only poorly water-soluble. In order nevertheless to arrive at polymer dispersions based on polyolefins or polyketones starting from inexpensive monomers such as olefins or carbon monoxide, suitable, water-soluble polymerization catalysts are used, which have to be prepared in a synthetically complex manner. It is also possible to produce aqueous dispersions of polyolefins or polyketones by a so-called miniemulsion polymerization, in which the polymerization catalyst is dissolved and emulsified in an organic solvent. Such a miniemulsion polymerization, however, requires an additional manufacturing step and is relatively expensive in terms of equipment.
Die Herstellung von Polyolefinen mit Hilfe von sogenannten Metallocenen wird bereits seit längerem angewandt (H.-H. Brintzinger et al, in Angew. Chem. 1995, 107, 1255 oder in Int. Ed. Engl. 1995, 34, 1143). Die verwendeten Metallocene sind aber feuchtigkeitsempfindlich und eignen sich daher wenig für die Synthese von Polyolefinen in der Emulsionspolymerisation. Darüber hinaus wird in der WO 98/42665 und der WO 98/42664 berichtet, dass bestimmte Nickelkomplexe mit stickstoffhaltigen ringförmigen Liganden in Anwesenheit von geringen Mengen Wasser Ethylen polymerisieren können. Unter den dabei beschriebenen Bedingungen kann aber keine Emulsionspo- lymerisation durchgeführt werden.The production of polyolefins with the help of so-called metallocenes has been used for a long time (H.-H. Brintzinger et al, in Angew. Chem. 1995, 107, 1255 or in Int. Ed. Engl. 1995, 34, 1143). However, the metallocenes used are sensitive to moisture and are therefore not very suitable for the synthesis of polyolefins in emulsion polymerization. In addition, WO 98/42665 and WO 98/42664 report that certain nickel complexes with nitrogen-containing ring-shaped ligands can polymerize ethylene in the presence of small amounts of water. However, no emulsion polymerization can be carried out under the conditions described.
Übergangsmetallkatalysierte Verfahren zur Herstellung von Polyketonen sind ebenfalls bekannt (Bianchini C; Meli. A., Coord. Chem. Rev. 2002, 225, 35). Beispielsweise wird in der EP-A 0 121 965 ein mit bidentaten Phosphinliganden chelatisierter cis- Palladiumkomplex, [Pd(Ph2P(CH2)3PPh2)](OAc)2 (Ph = Phenyl, Ac = Acetyl), eingesetzt. Die Kohlenmonoxidcopolymerisation kann in Suspension, wie in der EP-A 0305 011 beschrieben, oder in der Gasphase, beispielsweise gemäß EP-A 0702 045, durchgeführt werden. Häufig eingesetzte Suspensionsmittel sind zum einen niedermolekulare Alkohole, insbesondere Methanol (s.a. EP-A 0428228), zum anderen unpola- re oder polare aprotische Flüssigkeiten wie Dichlormethan, Toluol oder Tetrahydrofu- ran (vgl. EP-A 0 460743 und EP-A 0 590 942). Als gut geeignet für die genannten Copolymerisationsverfahren haben sich insbesondere Komplexverbindungen mit Bisphosphinchelatliganden erwiesen, deren Reste am Phosphor Aryl- oder substituierte Arylgruppen darstellen. Besonders häufig werden demgemäß als Chelatliganden 1 ,3-Bis(diphenylphosphino)propan oder 1 ,3-Bis[di-(o- methoxyphenyl)phosphino)]propan eingesetzt (s.a. Drent et al., Chem. Rev., 1996, 96, S. 663 bis 681 ). Üblicherweise wird die Kohlenmonoxidcopolymerisation in den genannten Fällen in Gegenwart von Säuren durchgeführt.Transition metal-catalyzed processes for the production of polyketones are also known (Bianchini C; Meli. A., Coord. Chem. Rev. 2002, 225, 35). For example, EP-A 0 121 965 uses a cis-palladium complex chelated with bidentate phosphine ligands, [Pd (Ph2P (CH2) 3PPh2)] (OAc) 2 (Ph = phenyl, Ac = acetyl). The carbon monoxide copolymerization can be carried out in suspension, as described in EP-A 0305 011, or in the gas phase, for example in accordance with EP-A 0702 045. Frequently used suspending agents are, on the one hand, low molecular weight alcohols, in particular methanol (see also EP-A 0428228), and on the other hand non-polar or polar aprotic liquids such as dichloromethane, toluene or tetrahydrofuran (cf. EP-A 0 460743 and EP-A 0 590 942). Complex compounds with bisphosphine chelate ligands whose residues on the phosphorus represent aryl or substituted aryl groups have proven to be particularly suitable for the copolymerization processes mentioned. Accordingly, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane or 1,3-bis [di- (o-methoxyphenyl) phosphino)] propane are particularly frequently used as chelating ligands (see also Drent et al., Chem. Rev., 1996, 96, Pp. 663 to 681). In the cases mentioned, the carbon monoxide copolymerization is usually carried out in the presence of acids.
Die Kohlenmonoxidcopolymerisation in niedermolekularen Alkoholen wie Methanol ist mit dem Nachteil behaftet, dass das sich bildende Kohlenmonoxidcopolymerisat eine hohe Aufnahmefähigkeit für diese Flüssigkeiten besitzt und bis zu 80 Vol.-% an z.B. Methanol durch das Kohlenmonoxidcopolymerisat gebunden bzw. aufgenommen werden. Demzufolge ist ein hoher Energieaufwand erforderlich, um die Kohlenmonoxidco- polymerisate zu trocknen und rein zu isolieren. Von Nachteil ist weiterhin, dass selbst nach einem intensiven Trocknungsvorgang immer noch Restmengen an Alkohol im Kohlenmonoxidcopolymerisat verbleiben. In der EP-A 0485035 wird die Verwendung von Zusätzen an Wasser in Anteilen von 2,5 bis 15 Gew.-% zum alkoholischen Suspensionsmittel vorgeschlagen, um die Restmengen an niedermolekularem Alkohol im Kohlenmonoxidcopolymerisat zu eliminieren. Allerdings führt auch diese Vorgehensweise nicht zu methanolfreien Copolymerisaten. Die Verwendung halogenierter Kohlenwasserstoffe oder Aromaten wie Dichlormethan oder Chlorbenzol bzw. Toluol bringt andererseits Probleme insbesondere bei der Handhabung und der Entsorgung mit sich. Verspui et al., Chem. Commun., 1998, S. 401 bis 402, gelingt die Steigerung der Katalysatoraktivität bei der Copolymerisation von Kohlenmonoxid und Ethen, indem sie den genannten Chelatliganden in wesentlich reinerer Form einsetzen. Weiterhin ist die Gegenwart einer Brönsted-Säure erforderlich, um zu besseren Katalysatoraktivitäten zu gelangen. Die in der Publikation beschriebenen Polyketone, hergestellt aus Kohlenmonoxid und Ethylen, besitzen den Nachteil, dass ihr Molekulargewicht unter dem vergleichbarer, aber in Methanol als Lösungsmittel hergestellter Polyketone liegt.The carbon monoxide copolymerization in low molecular weight alcohols such as methanol has the disadvantage that the carbon monoxide copolymer which forms has a high absorption capacity for these liquids and up to 80% by volume of, for example, methanol is bound or absorbed by the carbon monoxide copolymer. As a result, a large amount of energy is required to dry and isolate the carbon monoxide copolymers. A further disadvantage is that even after an intensive drying process, residual amounts of alcohol still remain in the carbon monoxide copolymer. EP-A 0485035 proposes the use of additions of water in proportions of 2.5 to 15% by weight to the alcoholic suspending agent in order to eliminate the residual amounts of low molecular weight alcohol in the carbon monoxide copolymer. However, this procedure also does not lead to methanol-free copolymers. The use of halogenated hydrocarbons or aromatics such as dichloromethane or chlorobenzene or toluene, on the other hand, brings with it problems in particular in handling and disposal. Verspui et al., Chem. Commun., 1998, pp. 401 to 402, succeed in increasing the catalyst activity in the copolymerization of carbon monoxide and ethene by using the chelate ligands mentioned in a substantially purer form. Furthermore, the presence of a Bronsted acid is necessary in order to achieve better catalyst activities. The polyketones described in the publication, made from carbon monoxide and ethylene, have the disadvantage that their molecular weight is lower than that of comparable polyketones, which are produced in methanol as solvents.
Den vorgenannten Synthesen gemeinsam ist, dass die gebildeten Kohlenmonoxidco- polymerisate (im folgenden "Copolymerisate" genannt) in den organischen Suspensionsmitteln ausfallen, durch Filtration von den organischen Suspensionsmitteln abgetrennt und in Substanz weiterverarbeitet werden. In vielen Anwendungsbereichen ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Copolymerisate nicht in Substanz, sondern in Form wäss- riger Copolymerisatdispersionen vorliegen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Copolymerisate beispielsweise als Bindemittel in Klebstoffen, Dichtmassen, Kunststoffputzen oder Anstrichmitteln verwendet werden sollen.Common to the above-mentioned syntheses is that the carbon monoxide copolymers formed (hereinafter referred to as "copolymers") precipitate in the organic suspension media, are separated from the organic suspension media by filtration and are further processed in bulk. In many areas of application, however, it is advantageous if the copolymers are not in bulk but in the form of aqueous copolymer dispersions. This is particularly the case when the copolymers are to be used, for example, as binders in adhesives, sealants, plastic plasters or paints.
Die Herstellung wässriger Copolymerisatdispersionen kann prinzipiell durch entsprechende Suspensionspolymerisation in organischen Lösemitteln, Filtration, Trocknung, Mahlung und Dispergierung der gemahlenen Copolymerisatteilchen in wässrigem Medium erfolgen (sogenannte Sekundärdispersionen). Nachteilig an diesem Stufenkonzept ist, dass es insgesamt sehr aufwendig ist und die Copolymerisate, insbesondere aufgrund des hohen Lösemittelgehaltes, schlecht mahlbar sind (Verkleben der Mühlen), die durch Mahlung erhaltenen Copolymerisatteilchen - wenn überhaupt - nur unter Verwendung hoher Emulgatormengen in wässrigem Medium dispergiert werden können und diese wässrigen Sekundärdispersionen aufgrund ihrer sehr breiten Teilchengrößenverteilung instabil sind und zu Koagulatbildung oder Sedimentation neigen.In principle, aqueous copolymer dispersions can be prepared by appropriate suspension polymerization in organic solvents, filtration, drying, grinding and dispersing the ground copolymer particles in an aqueous medium (so-called secondary dispersions). The disadvantage of this step concept is that it is very complex overall and the copolymers, particularly owing to the high solvent content, are difficult to grind (adhesive bonding of the mills), and the copolymer particles obtained by grinding, if at all, are dispersed in an aqueous medium, if at all, using large amounts of emulsifier can and these aqueous secondary dispersions are unstable due to their very wide particle size distribution and tend to form coagulate or sedimentation.
Zur Herstellung sogenannter primärer wässriger Copolymerisatdispersionen, d.h. wässrige Copolymerisatdispersionen, die direkt durch Copolymerisation von Kohlenmonoxid und olefinisch ungesättigten Verbindungen in wässrigem Medium zugänglich sind, ist von folgendem Stand der Technik auszugehen.For the production of so-called primary aqueous copolymer dispersions, i.e. Aqueous copolymer dispersions which are directly accessible by copolymerization of carbon monoxide and olefinically unsaturated compounds in an aqueous medium can be assumed from the following prior art.
In der DE-A 10061877 werden stabile wässrige Copolymerisatdispersionen erhalten, wenn die Copolymerisation von Kohlenmonoxid und olefinisch ungesättigten Verbindungen in wässrigem Medium unter Verwendung spezieller wasserlöslicher Metallkatalysatoren und unter Verwendung spezieller Comonomerer erfolgt.In DE-A 10061877 stable aqueous copolymer dispersions are obtained when the copolymerization of carbon monoxide and olefinically unsaturated compounds takes place in an aqueous medium using special water-soluble metal catalysts and using special comonomers.
In der DE-A 10125238 sind stabile wässrige Copolymerisatdispersionen offenbart, de- ren Herstellung durch Copolymerisation von Kohlenmonoxid und olefinisch ungesättig- ten Verbindungen in wässrigem Medium unter Verwendung der in der vorgenannten Anmeldung genannten wasserlöslichen Metallkatalysatoren und unter Verwendung spezieller Comonomerer in Anwesenheit sogenannter Wirtsverbindungen erfolgt. Darüber hinaus offenbart die Schrift, dass auch ohne die Verwendung spezieller Como- nomerer stabile Copolymerisatdispersionen zugänglich sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Copolymerisation von Kohlenmonoxid und der olefinisch ungesättigten Verbindungen in Anwesenheit ethoxylierter Emulgatoren durchgeführt wird.DE-A 10125238 discloses stable aqueous copolymer dispersions whose preparation is carried out by copolymerizing carbon monoxide and olefinically unsaturated compounds in aqueous medium using the water-soluble metal catalysts mentioned in the abovementioned application and using special comonomers in the presence of so-called host compounds. In addition, the document discloses that stable copolymer dispersions are accessible even without the use of special comonomers. This is particularly the case when the copolymerization of carbon monoxide and the olefinically unsaturated compounds is carried out in the presence of ethoxylated emulsifiers.
Gegenstand der WO 97/18266 sind Sekundärdispersionen von Polyketonen, die da- durch erhalten werden, dass zunächst ein niedermolekulares Polyketon in einem organischen Lösungsmittel hergestellt wird und anschließend in Wasser mit Emulgatoren dispergiert wird. Nachteilig an dem beschriebenen Herstellverfahren ist der zusätzliche Emulgierungsschritt. Darüber hinaus zeichnen sich Sekundärdispersionen durch eine prinzipiell breite Teilchengrößenverteilung auf, welches für einige Anwendungsberei- ehe ungünstig ist.WO 97/18266 relates to secondary dispersions of polyketones which are obtained by first producing a low molecular weight polyketone in an organic solvent and then dispersing it in water with emulsifiers. A disadvantage of the manufacturing process described is the additional emulsification step. In addition, secondary dispersions are characterized by a broad particle size distribution, which is unfavorable for some areas of application.
Darüber hinaus ist aus P.W. Mul et al., Inorg. Chim. Acta 2002, 327, 147-159 die katalysierte Terpolymerisation von Ethylen, Propylen und Kohlenmonoxid in Gemischen aus Wasser, Alkohol und anderen Lösungsmitteln beschrieben. Dabei kann durch Phasenseparation das gelöste Terpolymerisat von der wässrigen Phase, in der sich auch der Katalysator befindet, abgetrennt werden. Beim Katalysator handelt es sich um einen sulfonierten Diphos-Palladium(ll)-acetat-Komplex, der mit starken Säuren aktiviert wird. Dabei entsteht aber keine Polymerisatdispersion.In addition, P.W. Mul et al., Inorg. Chim. Acta 2002, 327, 147-159 describes the catalyzed terpolymerization of ethylene, propylene and carbon monoxide in mixtures of water, alcohol and other solvents. The dissolved terpolymer can be separated from the aqueous phase in which the catalyst is also by phase separation. The catalyst is a sulfonated diphos-palladium (II) acetate complex that is activated with strong acids. However, there is no polymer dispersion.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, den geschildertenThe present invention was therefore based on the object, the described
Nachteilen abzuhelfen und ein neues Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerisatdispersion bereitzustellen, bei welchem synthetisch einfache, wasserunlösliche Polymerisationskatalysatoren eingesetzt werden können, ohne dass die Polymerisationskatalysatoren direkt in einem Lösungsmittel gelöst werden müssen.To remedy disadvantages and to provide a new process for producing an aqueous polymer dispersion, in which synthetically simple, water-insoluble polymerization catalysts can be used without the polymerization catalysts having to be dissolved directly in a solvent.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerisatdispersion durch Polymerisation wenigstens einer ethylenisch ungesättigten Verbindung (Monomer) gefunden, unter Verwendung wenigstens eines wasserunlöslichen Polymerisationskatalysators und wenigstens eines Dispergiermittels in wässrigem Medium, wel- ches dadurch gekennzeichnet ist, dass man zunächst eine Lösung eines Dispergiermittels in Wasser herstellt, danach den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator entweder in fester Form oder vermengt mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel oder aber vermengt mit einer selbstdispergierenden ethylenisch ungesättigten Verbindung in die wässrige Lösung des Dispergiermittels einbringt, anschließend den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator durch mechanischen Energieeintrag dispergiert und mit Hilfe der auf diese Weise erhaltenen wässrigen Dispersion danach eine Polymerisation wenigstens einer ethylenisch ungesättigten Verbindung durchführt.Accordingly, a process for the preparation of an aqueous polymer dispersion by polymerizing at least one ethylenically unsaturated compound (monomer) has been found using at least one water-insoluble polymerization catalyst and at least one dispersant in an aqueous medium, which is characterized in that firstly a solution of a dispersant in Water, then introduces the water-insoluble polymerization catalyst either in solid form or mixed with a water-miscible solvent or mixed with a self-dispersing ethylenically unsaturated compound in the aqueous solution of the dispersant, then the water-insoluble polymerization catalyst by mechanical energy input dispersed and then with the aid of the aqueous dispersion obtained in this way a polymerization of at least one ethylenically unsaturated compound.
Die wässrigen Polymerisatdispersionen werden erhalten durch Polymerisation wenigs- tens einer ethylenisch ungesättigten Verbindung (Monomer) unter Verwendung eines wasserunlöslichen Polymerisationskatalysators.The aqueous polymer dispersions are obtained by polymerizing at least one ethylenically unsaturated compound (monomer) using a water-insoluble polymerization catalyst.
Als ethylenisch ungesättigte Verbindungen kommen sowohl reine Kohlenwasserstoffverbindungen als auch heteroatomhaltige α-Olefine, wie (Meth)acrylsäureester oder - amide sowie Homoallyl- oder Allylalkohole, -ether oder -halogenide in Betracht. Unter den reinen Kohlenwasserstoffen sind C2- bis Cao-1 -Alkene geeignet. Unter diesen sind die niedermolekularen Olefine, z.B. Ethen oder α-Olefine mit 3 bis 20 C-Atomen, wie Propen, 1 -Buten, 1-Penten, 1 -Hexen, 1-Hepten, 1-Octen hervorzuheben. Selbstverständlich können auch cyclische Olefine, z.B. Cyclopenten, Cyclohexen, Norbornen, aromatische Olefinverbindungen, wie Styrol oder a-Methylstyrol oder Vinylester, wie Vinylacetat eingesetzt werden. Besonders geeignet sind jedoch die C2- bis C2o-1- Alkene. Unter diesen sind Ethen, Propen, 1 -Buten, 1-Penten, 1 -Hexen oder 1-Octen sowie 1 -Decen, 1 -Dodecen, 1 -Tetradecen, 1 -Hexadecen und 1 -Octadecen sowie diese enthaltende Olefinfraktionen eines Crackers hervorzuheben. Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß möglich, vorgenannte olefinisch ungesättigte Verbindungen einzeln oder im Gemisch einzusetzen.Suitable ethylenically unsaturated compounds are both pure hydrocarbon compounds and heteroatom-containing α-olefins, such as (meth) acrylic acid esters or amides, and homoallyl or allyl alcohols, ethers or halides. C 2 - to C ao -1 -alkenes are suitable among the pure hydrocarbons. Among these, the low molecular weight olefins, for example ethene or α-olefins having 3 to 20 carbon atoms, such as propene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, are to be emphasized. Of course, cyclic olefins, for example cyclopentene, cyclohexene, norbornene, aromatic olefin compounds, such as styrene or a-methylstyrene, or vinyl esters, such as vinyl acetate, can also be used. However, the C 2 - to C 2 o-1 alkenes are particularly suitable. Among these, ethene, propene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene or 1-octene and 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1-hexadecene and 1-octadecene and olefin fractions of a cracker containing them are to be emphasized. It is of course possible according to the invention to use the aforementioned olefinically unsaturated compounds individually or in a mixture.
Darüber hinaus ist es auch möglich, die vorgenannten olefinisch ungesättigten Verbindungen im Gemisch mit solchen Verbindungen einzusetzen, welche das Struktureie- ment der allgemeinen Formel (IV)In addition, it is also possible to use the aforementioned olefinically unsaturated compounds in a mixture with those compounds which have the structure of the general formula (IV)
-CH=CH-Q-Polπ (IV),-CH = CH-Q-Pol π (IV),
aufweisen.exhibit.
Dabei ist Q eine unpolare organische Gruppe ausgewählt aus der Gruppe umfassend lineares oder verzweigtes C bis C2o-Alkyl, oft C2- bis C18-Alkyl und häufig C3- bis C14- Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl, n-, i- oder t-Butyl, n-, i- oder neo- Pentyl, -Hexyl, -Heptyl, -Octyl, -Nonyl, -Decyl, -Undecyl, -Dodecyl, -Tridecyl oder - Tetradecyl, C3- bis C -Cycloalkyl, beispielsweise Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl oder Cyclohexyl, C6- bis Cu-Aryl, beispielsweise Phenyl, Naphthyl oder Phenanthryl sowie Alkylaryl mit 1 bis 20 C-Atomen im Alkylteil und 6 bis 14 C-Atomen im Arylteil, beispielsweise Benzyl. An die unpolare Gruppe Q sind π polare Gruppen Pol gebunden. Dabei ist π eine ganze Zahl ungleich 0. Bevorzugt ist π 1 , 2, 3 oder 4. Selbstverständlich kann π auch ein höherer Zahlenwert sein.Q is a non-polar organic group selected from the group comprising linear or branched C to C 2 o -alkyl, often C 2 to C 18 alkyl and often C 3 to C 14 alkyl, for example methyl, ethyl, n- or i-propyl, n-, i- or t-butyl, n-, i- or neo-pentyl, -hexyl, -heptyl, -octyl, -nonyl, -decyl, -undecyl, -dodecyl, -tridecyl or - Tetradecyl, C 3 - to C -cycloalkyl, for example cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl or cyclohexyl, C 6 - to Cu-aryl, for example phenyl, naphthyl or phenanthryl and alkylaryl with 1 to 20 C atoms in the alkyl part and 6 to 14 C- Atoms in the aryl part, for example benzyl. Π polar groups Pol are bound to the nonpolar group Q. Π is an integer other than 0. π is preferably 1, 2, 3 or 4. Of course, π can also be a higher numerical value.
Pol ist ein polarer Rest, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Carboxyl (- C02H), Sulfonyl (-S03H), Sulfat (-OSO3H), Phosphonyl (-PO3H), Phosphat (-OPO3H2) sowie deren Alkalimetallsalze, insbesondere Natrium- oder Kaliumsalze, Erdalkalimetallsalze, beispielsweise Magnesium- oder Calziumsalze und/oder Ammoniumsalze.Pol is a polar radical which is selected from the group comprising carboxyl (- C0 2 H), sulfonyl (-S0 3 H), sulfate (-OSO 3 H), phosphonyl (-PO 3 H), phosphate (-OPO 3 H 2 ) and their alkali metal salts, in particular sodium or potassium salts, alkaline earth metal salts, for example magnesium or calcium salts and / or ammonium salts.
Von Pol ebenfalls umfasst sind die durch Protonierung oder Alkylierung zugänglichen Alkanolammonium-, Pyridinium-, Imidazolinium-, Oxazolinium-, Morpholinium-, Thiazo- linium-, Chinolinium-, Isochinolinium-, Tropylium-, Sulfonium-, Guanidinium- und Phosphoniumverbindungen sowie insbesondere Ammoniumverbindungen der allgemeinen Formel (V)Pol also includes the alkanolammonium, pyridinium, imidazolinium, oxazolinium, morpholinium, thiazoline, quinolinium, isoquinolinium, tropylium, sulfonium, guanidinium and phosphonium compounds, and especially ammonium compounds, which are accessible by protonation or alkylation of the general formula (V)
-N®Rb8 (V).-N ® R b8 (V).
Hierbei steht R6, R7 und R8 unabhängig voneinander für Wasserstoff und lineares oder verzweigtes d- bis C20-Alkyl, häufig C bis Cio-Alkyl und oft d- bis C5-Alkyl, wobei Alkyl beispielsweise Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl, n-, i- oder t-Butyl, n-, i- oder neo- Pentyl, -Hexyl, -Heptyl, -Octyl, -Nonyl, -Decyl, -Undecyl, -Dodecyl, -Tridecyl oder - Tetradecyl ist. Die korrespondierenden Anionen der vorgenannten Verbindungen sind nicht-nucleophile Anionen, wie beispielsweise Perchlorat, Sulfat, Phosphat, Nitrat und Carboxylate, wie Acetat, Trifluoracetat, Trichloracetat, Propionat, Oxalat, Citrat, Ben- zoat, sowie konjugierte Anionen von Organosulfonsäuren, wie zum Beispiel Methylsul- fonat, Trifluormethylsulfonat und para-Toluolsulfonat, weiterhin Tetrafluoroborat, Tetraphenylborat, Tetrakis(pentafluorophenyl)borat, Tetrakis[bis(3,5- trifluormethyl)phenyl]borat, Hexafluorophosphat, Hexafluoroarsenat oder Hexafluoro- antimonat.Here R 6 , R 7 and R 8 independently of one another represent hydrogen and linear or branched d- to C 20 -alkyl, frequently C to Cio-alkyl and often d- to C 5 -alkyl, alkyl being for example methyl, ethyl, n - or i-propyl, n-, i- or t-butyl, n-, i- or neo-pentyl, -hexyl, -heptyl, -octyl, -nonyl, -decyl, -undecyl, -dodecyl, -tridecyl or - is tetradecyl. The corresponding anions of the abovementioned compounds are non-nucleophilic anions, such as, for example, perchlorate, sulfate, phosphate, nitrate and carboxylates, such as acetate, trifluoroacetate, trichloroacetate, propionate, oxalate, citrate, benzoate, and conjugated anions of organosulfonic acids, for example Methyl sulfonate, trifluoromethyl sulfonate and para-toluenesulfonate, furthermore tetrafluoroborate, tetraphenyl borate, tetrakis (pentafluorophenyl) borate, tetrakis [bis (3,5-trifluoromethyl) phenyl] borate, hexafluorophosphate, hexatluafluoroarsenate.
Der polare Rest Pol kann aber auch eine Gruppe der allgemeinen Formel (VI), (VII) oder (VIII)The polar radical Pol can also be a group of the general formula (VI), (VII) or (VIII)
-(EO)k-(PO),-R* (VI),- (EO) k - (PO), - R * (VI),
-(PO),-(EO)k-R* (VII),- (PO), - (EO) k -R * (VII),
-(EOk/PO,)-R* (VIII) sein, wobei- (EO k / PO,) - R * (VIII), where
EO für eine -CH2-CH2-O-Gruppe, PO für eine -CH2-CH(CH3)-O- oder eine -CH(CH3)-CH2-O-Gruppe steht und k und I für Zahlenwerte von 0 bis 50, häufig von 0 bis 30 und oft von 0 bis 15 stehen, wobei aber k und I nicht gleichzeitig 0 sind.EO for a -CH 2 -CH 2 -O group, PO stands for a -CH 2 -CH (CH 3 ) -O- or a -CH (CH 3 ) -CH 2 -O group and k and I for numerical values from 0 to 50, often from 0 to 30 and often from 0 to 15, but k and I are not 0 at the same time.
Weiterhin sollen inFurthermore, in
Formel (VI) und (VII): (EO)k ein Block aus k -CH2-CH2-0-Gruppen, und (PO), ein Block aus I -CH2-CH(CH3)-O- oder -CH(CH3)-CH2-O-Gruppen, undFormula (VI) and (VII): (EO) k is a block of k -CH 2 -CH 2 -0 groups, and (PO) is a block of I -CH 2 -CH (CH 3 ) -O- or -CH (CH 3 ) -CH 2 -O groups, and
Formel (VIII): (EOk/PO,) ein Gemisch aus k -CH2-CH2-0-Gruppen undFormula (VIII): (EO k / PO,) a mixture of k -CH 2 -CH 2 -0 groups and
I -CH2-CH(CH3)-0- oder -CH(CH3)-CH2-O-Gruppen in statistischer VerteilungI -CH 2 -CH (CH 3 ) -0- or -CH (CH 3 ) -CH 2 -O groups in statistical distribution
bedeuten.mean.
R* steht für Wasserstoff, lineares oder verzweigtes C bis C2o-Alkyl, oft Cr bis Cι0- Alkyl und häufig d- bis C6-Alkyl oder -SO3H sowie dessen entsprechendes Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und/oder Ammoniumsalz. Hierbei steht Alkyl beispielsweise für Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl, n-, i- oder t-Butyl, n-, i- oder neo-Pentyl, -Hexyl, -R * stands for hydrogen, linear or branched C to C 2 o-alkyl, often C r to Cι 0 - alkyl and often d- to C 6 -alkyl or -SO 3 H and its corresponding alkali metal, alkaline earth metal and / or ammonium salt. Here, alkyl is, for example, methyl, ethyl, n- or i-propyl, n-, i- or t-butyl, n-, i- or neo-pentyl, -hexyl, -
Heptyl, -Octyl, -Nonyl, -Decyl, -Undecyl, -Dodecyl, -Tridecyl oder -Tetradecyl, Alkalimetall beispielsweise für Natrium oder Kalium und Erdalkalimetall beispielsweise für Cal- zium oder Magnesium.Heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl or tetradecyl, alkali metal for example for sodium or potassium and alkaline earth metal for example for calcium or magnesium.
Als das Strukturelement der allgemeinen Formel (IV) enthaltende Verbindungen werden erfindungsgemäß insbesondere α-Olefine der aligemeinen Formel (IX)According to the invention, the compounds containing the structural element of the general formula (IV) are, in particular, α-olefins of the general formula (IX)
H2C=CH-Q-Polπ (IX),H 2 C = CH-Q-Polπ (IX),
verwendet, worin Q, Pol und π die voran angegebenen Bedeutungen haben.used, wherein Q, Pol and π have the meanings given above.
Bevorzugte Olefine (IX) sind 10-Undecensäure, 3-Butensäure, 4-Pentensäure, 5- Hexensäure sowie Styrol-4-sulfonsäure.Preferred olefins (IX) are 10-undecenoic acid, 3-butenoic acid, 4-pentenoic acid, 5-hexenoic acid and styrene-4-sulfonic acid.
Der Mengenanteil der das Strukturelement der allgemeinen Formel (IV) enthaltenden ethylenisch ungesättigten Verbindung(en) im zu polymerisierenden Monomerenge- misch, bestehend aus wenigstens einer das Strukturelement der allgemeinen Formel (IV) enthaltenden ethylenisch ungesättigten Verbindung und wenigstens einer der voran genannten ethylenisch ungesättigten Verbindung beträgt 0 bis 100 Gew.-%, häufig 0,5 bis 80 Gew.-% und oft 1 ,0 bis 60 Gew.-% oder 2,0 bis 40 Gew.-%. Als ethylenisch ungesättigte Verbindungen werden erfindungsgemäß insbesondere Ethen, Propen, 1 -Buten, i-Buten, 1-Penten, Cyclopenten, 1 -Hexen, Cyclohexen, 1- Octen und/oder Norbornen oder diese im Gemisch mit 10-Undecensäure, 3- Butensäure, 4-Pentensäure, 5-Hexensäure und/oder Styrol-4-sulfonsäure eingesetzt.The proportion of the amount of the ethylenically unsaturated compound (s) containing the structural element of the general formula (IV) in the monomer mixture to be polymerized, consisting of at least one ethylenically unsaturated compound containing the structural element of the general formula (IV) and at least one of the aforementioned ethylenically unsaturated compound is 0 to 100% by weight, often 0.5 to 80% by weight and often 1.0 to 60% by weight or 2.0 to 40% by weight. The ethylenically unsaturated compounds according to the invention are, in particular, ethene, propene, 1-butene, i-butene, 1-pentene, cyclopentene, 1-hexene, cyclohexene, 1-octene and / or norbornene or these in a mixture with 10-undecenoic acid, 3-butenoic acid , 4-pentenoic acid, 5-hexenoic acid and / or styrene-4-sulfonic acid.
Neben den ethylenisch ungesättigten Verbindungen kann erfindungsgemäß noch Kohlenmonoxid mitverwendet werden, wodurch letztlich Polymerisatdispersionen auf Basis von Polyketonen entstehen, welche im allgemeinen aus alternierenden Strukturele- menten ausgehend von geeigneten ethylenisch ungesättigten Verbindungen einerseits und Kohlenmonoxid andererseits bestehen. Dabei empfiehlt es sich, das Mengenverhältnis zwischen der oder den ethylenisch ungesättigten Verbindungen einerseits und dem Kohlenmonoxid andererseits auf 80 mol-% bis 20 mol-%, insbesondere auf 60 mol-% bis 40 mol-% einzustellen. Für die Herstellung von Polyketonen besonders gut geeignete ethylenisch ungesättigte Verbindungen sind insbesondere unpolare e- thylenisch ungesättigte Verbindungen, beispielsweise Ethylen oder α-Olefine mit 3 bis 20 C-Atomen.In addition to the ethylenically unsaturated compounds, carbon monoxide can also be used according to the invention, which ultimately results in polymer dispersions based on polyketones, which generally consist of alternating structural elements based on suitable ethylenically unsaturated compounds on the one hand and carbon monoxide on the other. It is advisable to set the quantitative ratio between the ethylenically unsaturated compound or compounds on the one hand and the carbon monoxide on the other hand to 80 mol% to 20 mol%, in particular to 60 mol% to 40 mol%. Particularly suitable ethylenically unsaturated compounds for the production of polyketones are nonpolar ethylenically unsaturated compounds, for example ethylene or α-olefins having 3 to 20 carbon atoms.
Werden nur ethylenisch ungesättigte Verbindungen einpolymerisiert, so entstehen letztlich wässrige Polymerisatdispersionen auf Basis von Polyolefinen.If only ethylenically unsaturated compounds are polymerized in, the result is aqueous polymer dispersions based on polyolefins.
Für das erfindungesgemäße Verfahren können alle diejenigen wasserunlöslichen Po- lymersationskatalysatoren verwendet werden, die in der Lage sind, die vorgenannten Monomere, also die ethylenisch ungesättigten Verbindungen entweder untereinander oder aber in Verbindung mit Kohlenmonoxid zu polymerisieren.All those water-insoluble polymerization catalysts which are capable of polymerizing the abovementioned monomers, that is to say the ethylenically unsaturated compounds, either with one another or in conjunction with carbon monoxide can be used for the process according to the invention.
Unter der Bezeichnung wasserunlösliche Polymerisationskatalysatoren versteht man insbesondere solche Polymerisationskatalysatoren, die eine Wasseriöslichkeit von weniger als 10"4 g Katalysator pro 100 g Wasser, vorzugsweise von weniger als 10"5 g Katalysator pro 100 g Wasser aufweisen.The term water-insoluble polymerization catalysts means in particular those polymerization catalysts which have a water solubility of less than 10 "4 g catalyst per 100 g water, preferably less than 10 " 5 g catalyst per 100 g water.
Falls mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Polymerisatdispersionen auf Basis von Polyketonen hergestellt werden sollen, so empfiehlt es sich, die Umsetzung der ethylenisch ungesättigten Verbindungen und des Kohlenmonoxids im wässrigen Medi- um mit Hilfe der folgenden Polymerisationskatalysators durchzuführen:If polymer dispersions based on polyketones are to be produced using the process according to the invention, it is advisable to carry out the reaction of the ethylenically unsaturated compounds and carbon monoxide in the aqueous medium using the following polymerization catalyst:
Metallkomplexe der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000010_0001
Metal complexes of the general formula (I)
Figure imgf000010_0001
in der die Substituenten und Indizes die folgende Bedeutung haben:in which the substituents and indices have the following meaning:
G -(CRb 2)r- oder -(CRb 2)s-Si(Ra)2-(CR 2)t-, -A-O-B- oder -A-Z(R5)-B- mitG - (CR b 2 ) r - or - (CR b 2 ) s -Si (R a ) 2 - (CR 2 ) t -, -AOB- or -AZ (R 5 ) -B- with
R Wasserstoff, lineares oder verzweigtes d- bis C20-Alkyl, C3- bis Cio-Cycloalkyl, C6- bis C1 -Aryl, mit funktionellen Gruppen auf der Basis der nichtmetallischen Elemente der Gruppen IVA, VA, VIA oder VIIA des Periodensystems substitu- iertes C6- bis C14-Aryl, Aralkyl mit 1 bis 20 C-Atomen im Alkylrest und 6 bis 14R is hydrogen, linear or branched d to C 20 alkyl, C 3 to Cio-cycloalkyl, C 6 to C 1 aryl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA des Periodic table-substituted C 6 to C 14 aryl, aralkyl with 1 to 20 C atoms in the alkyl radical and 6 to 14
C-Atomen im Arylrest, Heteroaryl, langkettige Reste mit 5 bis 30 C-Atomen in der Kette, die über polare oder geladene Endgruppen verfügen, -N(Rb)2, - Si(Rc)3 oder einen Rest der allgemeinen Formel (II)C atoms in the aryl radical, heteroaryl, long-chain radicals with 5 to 30 C atoms in the chain, which have polar or charged end groups, -N (R b ) 2 , - Si (R c ) 3 or a radical of the general formula (II)
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000010_0002
in derin the
q eine ganze Zahl von 0 bis 20 bedeutet und die weiteren Substituenten in For- mel (II) die gleiche Bedeutung wie in Formel (I) haben,q denotes an integer from 0 to 20 and the further substituents in formula (II) have the same meaning as in formula (I),
A, B -(CR 2) oder -(CRb 2)s-Si(Ra)2-(CRb 2)r oder -N(Rb)-, ein r'-, s- oder t-atomiger Bestandteil eines Ringsystems oder zusammen mit Z ein (r'+1)-, (s+1)- oder (t+1 )-atomiger Bestandteil eines Heterocyclus,A, B - (CR 2 ) or - (CR b 2 ) s-Si (R a ) 2 - (CR b 2 ) r or -N (R b ) -, an r'-, s- or t-atomic Part of a ring system or together with Z a (r '+ 1) -, (s + 1) - or (t + 1) -atomic part of a heterocycle,
Ra unabhängig voneinander lineares oder verzweigtes C bis C20-Alkyl, C3- bis Cio-Cycloalkyl, C6- bis C14-Aryl, mit funktionellen Gruppen auf der Basis der nichtmetallischen Elemente der Gruppen IVA, VA, VIA oder VIIA des Perioden- Systems substituiertes C6- bis C14-Aryl, Aralkyl mit 1 bis 20 C-Atomen im Alkyl- teil und 6 bis 14 C-Atomen im Arylteil,R a independently linear or branched C to C 20 alkyl, C 3 - to Cio-cycloalkyl, C 6 - to C 14 -aryl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA des accrual Systems substituted C 6 to C 14 aryl, aralkyl with 1 to 20 C atoms in the alkyl part and 6 to 14 C atoms in the aryl part,
Rb wie Ra und zusätzlich Wasserstoff und -Si(Rc)3,R b as R a and additionally hydrogen and -Si (R c ) 3 ,
Rc lineares oder verzweigtes d- bis C20-Alkyl, C3- bis Cio-Cycloalkyl, C6- bis C14- Aryl oder Aralkyl mit 1 bis 20 C-Atomen im Alkylteil und 6 bis 14 C-Atomen im Arylteil,R c linear or branched d to C 20 alkyl, C 3 to Cio-cycloalkyl, C 6 to C 14 aryl or aralkyl having 1 to 20 C atoms in the alkyl part and 6 to 14 C atoms in the aryl part,
r 1 , 2, 3 oder 4 undr 1, 2, 3 or 4 and
r' 1 oder 2,r '1 or 2,
s, t 0, 1 oder 2, wobei 1 ≤ s+t < 3s, t 0, 1 or 2, where 1 ≤ s + t <3
Z ein Element aus der Gruppe VA des Periodensystems der ElementeZ is an element from the VA group of the Periodic Table of the Elements
M ein Metall ausgewählt aus den Gruppen VIIIB, IB oder IIB des Periodensystems der Elemente,M is a metal selected from Groups VIIIB, IB or IIB of the Periodic Table of the Elements,
E1, E2 ein nichtmetallisches Element aus der Gruppe VA des Periodensystems der Elemente,E 1 , E 2 is a non-metallic element from group VA of the periodic table of the elements,
R1 bis R4 unabhängig voneinander lineares oder verzweigtes d- bis C20-Alkyl, C3- bis Cio-Cycloalkyl, C6- bis C14-Aryl, mit funktionellen Gruppen auf der Basis der nichtmetallischen Elemente der Gruppen IVA, VA, VIA oder VIIA des Periodensystems substituiertes C6- bis Cι -Aryl, Aralkyl mit 1 bis 20 C-Atomen im Alkyl- rest und 6 bis 14 C-Atomen im Arylrest oder Heteroaryl,R 1 to R 4 independently of one another are linear or branched d- to C 20 -alkyl, C 3 - to Cio-cycloalkyl, C 6 - to C 14 -aryl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA of the periodic table substituted C 6 to C 1 aryl, aralkyl with 1 to 20 C atoms in the alkyl radical and 6 to 14 C atoms in the aryl radical or heteroaryl,
L1, L2 formal geladene oder neutrale Liganden,L 1 , L 2 formally charged or neutral ligands,
X formal ein- oder mehrwertige Anionen,X formally mono- or polyvalent anions,
p 0, 1 , 2, 3 oder 4,p 0, 1, 2, 3 or 4,
m, n 0, 1 , 2, 3 oder 4,m, n 0, 1, 2, 3 or 4,
wobei p = m x n,where p = m x n,
oder eine Verbindung der allgemeinen Formel (III)
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or a compound of the general formula (III)
Figure imgf000012_0001
worinwherein
Rd, Re,R d , R e ,
Rf, R9 unabhängig voneinander für Wasserstoff, linear oder verzweigtes d- bis C6- Alkyl oderR f , R 9 independently of one another for hydrogen, linear or branched d- to C 6 -alkyl or
Re und Rf zusammen für einen fünf- oder sechsgliedrigen Carbo- oder Heterocyclus stehen undR e and R f together represent a five- or six-membered carbo- or heterocycle and
die übrigen Substituenten und Indizes die unter Formel (I) angegebene Bedeutung annehmen.the other substituents and indices assume the meaning given under formula (I).
Die Synthese derartiger Metallkomplexe der Formeln I, II und III ist an sich bekannt (Lindner et al. J. Organomet. Chem. 2000, 602, 173).The synthesis of such metal complexes of the formulas I, II and III is known per se (Lindner et al. J. Organomet. Chem. 2000, 602, 173).
In Bezug auf die Herstellung der Polymerisationsdispersionen auf Basis von Polyketo- nen liegt den Bezeichnungen für die Gruppen des Periodensystems der Elemente die vom Chemical Abstracts Service bis 1986 verwendete Nomenklatur zugrunde (so enthält beispielsweise die Gruppe VA die Elemente N, P, As, Sb, Bi; die Gruppe IB enthält Cu, Ag, Au).With regard to the preparation of the polymer dispersions based on polyketones, the designations for the groups in the Periodic Table of the Elements are based on the nomenclature used by the Chemical Abstracts Service until 1986 (for example, the VA group contains the elements N, P, As, Sb, Bi; group IB contains Cu, Ag, Au).
Als Metalle M der erfindungsgemäß einzusetzenden Metallkomplexe eignen sich die Metalle der Gruppen VIIIB, IB und IIB des Periodensystems der Elemente, also beispielsweise neben Kupfer, Silber oder Zink, auch Eisen, Cobalt und Nickel sowie die Platinmetalle wie Ruthenium, Rhodium, Osmium, Iridium und Platin, wobei Nickel und Palladium ganz besonders bevorzugt ist.Suitable metals M of the metal complexes to be used according to the invention are the metals from groups VIIIB, IB and IIB of the Periodic Table of the Elements, i.e. in addition to copper, silver or zinc, also iron, cobalt and nickel and the platinum metals such as ruthenium, rhodium, osmium, iridium and Platinum, with nickel and palladium being very particularly preferred.
Als Elemente E und E2 der Chelatliganden kommen die nichtmetallischen Elemente der 5. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, also beispielsweise Stickstoff, Phosphor oder Arsen in Betracht. Besonders geeignet sind Stickstoff oder Phosphor, insbesondere Phosphor. Die Chelatliganden können unterschiedliche Elemente E1 und E2 enthalten, so zum Beispiel Stickstoff und Phosphor.The elements E and E 2 of the chelating ligands are the non-metallic elements of the 5th main group of the periodic table of the elements, for example nitrogen, phosphorus or arsenic. Nitrogen or phosphorus are particularly suitable, especially phosphorus. The chelating ligands can contain different elements E 1 and E 2 , for example nitrogen and phosphorus.
Bei der Struktureinheit G im Metallkomplex (I) handelt es sich um eine ein- oder meh- ratomige verbrückende Struktureinheit. Unter einer verbrückenden Struktureinheit wird grundsätzlich eine Gruppierung verstanden, die die Elemente E1 und E2 in Struktur (I) miteinander verbindet.The structural unit G in the metal complex (I) is a single or multi-atom bridging structural unit. A bridging structural unit is basically understood to mean a grouping which connects the elements E 1 and E 2 in structure (I) to one another.
Unter den einatomig verbrückten Struktureinheiten sind solche mit einem verbrücken- den Atom aus der Gruppe IVA des Periodensystems der Elemente, wie -C(Rb)2- oder - Si(Ra)2-, worin Ra unabhängig voneinander insbesondere für lineares oder verzweigtes d- bis Cio-Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, i-Propyl oder t-Butyl, C3- bis C6- Cycloalkyl, wie Cyclopropyl oder Cyclohexyl, CB- bis Cio-Aryl, wie Phenyl oder Naphthyl, mit funktionellen Gruppen auf der Basis der nichtmetallischen Elemente der Gruppen IVA, VA, VIA oder VIIA des Periodensystems substituiertes C6- bis Cio-Aryl, beispielsweise Tolyl, (Trifluormethyl)phenyl, Dimethylaminophenyl, p-Methoxyphenyl oder partiell oder perhalogeniertes Phenyl, Aralkyl mit 1 bis 6 C-Atomen im Alkylteil und 6 bis 10 C-Atomen im Arylteil, beispielsweise Benzyl, und R insbesondere für Wasserstoff und daneben für die vorstehend für Ra angegebenen Bedeutungen ste- hen, bevorzugt. Ra stellt insbesondere eine Methylgruppe, Rb insbesondere Wasserstoff dar.Among the monatomic bridged structural units are those with a bridging atom from group IVA of the Periodic Table of the Elements, such as -C (R b ) 2 - or - Si (R a ) 2 -, in which R a independently of one another in particular for linear or branched d- to Cio-alkyl, for example methyl, ethyl, i-propyl or t-butyl, C 3 - to C 6 - cycloalkyl, such as cyclopropyl or cyclohexyl, C B - to Cio-aryl, such as phenyl or naphthyl, with functional Groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA of the periodic table substituted C 6 - to Cio-aryl, for example tolyl, (trifluoromethyl) phenyl, dimethylaminophenyl, p-methoxyphenyl or partially or perhalogenated phenyl, aralkyl with 1 to 6 carbon atoms in the alkyl part and 6 to 10 carbon atoms in the aryl part, for example benzyl, and R in particular represents hydrogen and also represents the meanings given above for R a . R a represents in particular a methyl group, R b represents in particular hydrogen.
Unter den mehratomig verbrückten Systemen sind die zwei- und dreiatomig verbrückten Struktureinheiten hervorzuheben, wobei letztere in der Regel bevorzugt eingesetzt werden.Among the multi-atom bridged systems, the two- and three-atom bridged structural units should be emphasized, the latter generally being preferred.
Allgemein sind als Komplexe mit zweiatomig verbrückten Struktureinheiten auch Verbindungen der allgemeinen Formel (III) geeignetIn general, compounds of the general formula (III) are also suitable as complexes with diatomically bridged structural units
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
worin Rd, Re,wherein R d , R e ,
Rf, R9 unabhängig voneinander für Wasserstoff, geradkettig oder verzweigtes C bis C6-Alkyl, wie Methyl, Ethyl oder i-Propyl, oderR f , R 9 independently of one another are hydrogen, straight-chain or branched C to C 6 alkyl, such as methyl, ethyl or i-propyl, or
Re und Rf zusammen für einen fünf- oder sechsgliedrigen Carbo- oder Heterocyclus stehen undR e and R f together represent a five- or six-membered carbo- or heterocycle and
die übrigen Substituenten und Indizes die unter Formel (I) angegebene allgemeine und bevorzugte Bedeutung annehmen können.the other substituents and indices can assume the general and preferred meaning given under formula (I).
Auf zweiatomig verbrückte Struktureinheiten gehen zum Beispiel Chelatliganden wie 1 ,10-Phenanthrolin, 2,2'-Bipyridin oder 4,4'-Dimethyl-2,2'-bipyridin oder deren substituierte Derivate zurück.For example, chelate ligands such as 1, 10-phenanthroline, 2,2'-bipyridine or 4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridine or their substituted derivatives can be traced back to diatomically bridged structural units.
Geeignete dreiatomig verbrückte Struktureinheiten basieren im allgemeinen auf einer Kette aus Kohlenstoff atomen, also zum Beispiel Propylen (-CH2CH2CH2-), oder auf einer Brückeneinheit mit einem Heteroatom aus der Gruppe IVA, VA oder VIA des Periodensystems der Elemente, wie Silizium, Stickstoff, Phosphor oder Sauerstoff im Kettengerüst.Suitable three-atom bridged structural units are generally based on a chain of carbon atoms, for example propylene (-CH 2 CH 2 CH 2 -), or on a bridging unit with a heteroatom from group IVA, VA or VIA of the periodic table of the elements, such as Silicon, nitrogen, phosphorus or oxygen in the chain structure.
Bei vollständig aus Kohlenstoffatomen aufgebauten Brücken können die freien Valenzen durch d- bis C6-Alkyl, wie Methyl, Ethyl odert-Butyl, C6- bis Cio-Aryl, wie Phenyl, oder durch funktioneile Gruppen wie Triorganosilyl, Dialkylamino oder Halogen substituiert sein. Geeignete substituierte Propylenbrücken sind zum Beispiel solche mit einer Methyl-, Phenyl- oder Methoxygruppe in 2-Position.In the case of bridges made entirely of carbon atoms, the free valences can be substituted by d- to C 6 -alkyl, such as methyl, ethyl or tert-butyl, C 6 - to cio-aryl, such as phenyl, or by functional groups such as triorganosilyl, dialkylamino or halogen , Suitable substituted propylene bridges are, for example, those with a methyl, phenyl or methoxy group in the 2-position.
Unter den dreiatomig verbrückten Struktureinheiten mit einem Heteroatom im Kettengerüst werden vorteilhaft Verbindungen eingesetzt, in denen Z Stickstoff bedeutet (siehe oben bei Formel (I)). Der Rest R5 an Z kann insbesondere bedeuten: Wasser- stoff, lineares oder verzweigtes C bis C10-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, i-Propyl oder t- Butyl, C3- bis C6-Cycloalkyl, wie Cyclopropyl oder Cyclohexyl, C6- bis C10-Aryl, beispielsweise Phenyl, mit funktionellen Gruppen auf der Basis der nichtmetallischen E- lemente der Gruppen IVA, VA, VIA oder VIIA des Periodensystems substituiertes C6- bis Cio-Aryl, wie Tolyl, Mesityl, Aralkyl mit 1 bis 6 C-Atomen im Alkylrest und 6 bis 10 C-Atomen im Arylrest, Pyridyl, langkettige Reste mit 12 bis 22 C-Atomen in der Kette, die über polare oder geladene Endgruppen verfügen, wie -SO3-, -CO2-, -CO2R, - CONR2, Halogen, insbesondere -F, -Cl, -Br oder -I, Hydroxy, -OR, Tosyl, -NR2 oder - NR3 +, -NH2 (R steht ganz allgemein für einen Aryl- oder Alkylrest oder für Wasserstoff), Dialkylamino, zum Beispiel Dimethyl-, Dibenzyl- oder Diphenylamino, Triorganosilyl, wie Trimethyl-, Triphenyl-, Triethyl- oder t-Butyldiphenylsilyl oder einen Rest der allgemeinen Formel (II)Among the tri-atomic structural units with a heteroatom in the chain skeleton, compounds are advantageously used in which Z is nitrogen (see formula (I) above). The radical R 5 on Z can in particular mean: hydrogen, linear or branched C to C 10 alkyl, such as methyl, ethyl, i-propyl or t-butyl, C 3 to C 6 cycloalkyl, such as cyclopropyl or cyclohexyl , C 6 - to C 10 -aryl, for example phenyl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA of the periodic table, substituted C 6 - to cio-aryl, such as tolyl, mesityl, aralkyl with 1 to 6 carbon atoms in the alkyl radical and 6 to 10 carbon atoms in the aryl radical, pyridyl, long-chain radicals with 12 to 22 carbon atoms in the chain, which have polar or charged end groups, such as -SO 3 -, -CO 2 -, -CO 2 R, - CONR 2 , halogen, in particular -F, -Cl, -Br or -I, hydroxy, -OR, tosyl, -NR 2 or - NR 3 + , -NH 2 (R stands whole generally for an aryl or alkyl radical or for hydrogen), dialkylamino, for example dimethyl-, dibenzyl- or diphenylamino, triorganosilyl, such as trimethyl-, triphenyl-, triethyl- or t-butyldiphenylsilyl or a radical of the general formula (II)
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
in der die Substituenten und Indizes die folgende Bedeutung haben:in which the substituents and indices have the following meaning:
q eine ganze Zahl von 1 bis 20,q an integer from 1 to 20,
A, B -(CR 2)r~ oder -(CRb 2)s-Si(Ra)2-(CR 2)r oder -N(Rb)-, ein r'-, s- oder t-atomiger Bestandteil eines Ringsystems oder zusammen mit Z ein (r'+1 )-, (s+1)- oder (t+1 )-atomiger Bestandteil eines Heterocyclus,A, B - (CR 2 ) r ~ or - (CR b 2 ) s -Si (R a ) 2 - (CR 2 ) r or -N (R b ) -, an r'-, s- or t- atomic component of a ring system or together with Z a (r '+ 1) -, (s + 1) - or (t + 1) -atomic component of a heterocycle,
Ra unabhängig voneinander Wasserstoff, lineares oder verzweigtes Cr bis Cι0- Alkyl, wie Methyl, Ethyl, i-Propyl oder t-Butyl, C3- bis C6-Cycloalkyl, zum BeispielR a independently of one another hydrogen, linear or branched Cr to Cι 0 - alkyl, such as methyl, ethyl, i-propyl or t-butyl, C 3 - to C 6 -cycloalkyl, for example
Cyclohexyl, C6- bis Cι0-Aryl, zum Beispiel Phenyl, mit funktionellen Gruppen auf der Basis der nichtmetallischen Elemente der Gruppen IVA, VA, VIA oder VIIA des Periodensystems substituiertes C6- bis Cio-Aryl, wie Tolyl, Trifluor- methylphenyl, Aminophenyl, Hydroxyphenyl, Anisyl oder Mono- oder Dich- lorphenyl, Aralkyl mit 1 bis 6 C-Atomen im Alkylteil und 6 bis 10 C-Atomen imCyclohexyl, C 6 - to Cι 0 aryl, for example phenyl, with functional groups on the basis of the nonmetallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA of the Periodic Table substituted C 6 - to Cio-aryl, such as tolyl, trifluoro- methylphenyl , Aminophenyl, hydroxyphenyl, anisyl or mono- or dichlorophenyl, aralkyl with 1 to 6 carbon atoms in the alkyl part and 6 to 10 carbon atoms in
Arylteil, beispielsweise Benzyl,Aryl part, for example benzyl,
R wie R und zusätzlich Wasserstoff und -Si(Rc)3,R as R and additionally hydrogen and -Si (R c ) 3 ,
Rc lineares oder verzweigtes Cr bis C10-Alkyl, wie Methyl oder Ethyl, C3- bis C6- Cycloalkyl, zum Beispiel Cyclohexyl, C6- bis Cι0-Aryl, zum Beispiel Phenyl oder Aralkyl mit 1 bis 6 C-Atomen im Alkylteil und 6 bis 10 C-Atomen im Arylteil, beispielsweise Benzyl, womit z.B. Trimethyl-, Triethyl-, Triphenyl- oder t- Butyldiphenylsilyl unter die Formel -Si(Rc)3 fallenR c is linear or branched Cr to C 10 -alkyl such as methyl or ethyl, C 3 - to C 6 - cycloalkyl, for example cyclohexyl, C 6 - to Cι 0 aryl, for example phenyl, or aralkyl with 1 to 6 C- Atoms in the alkyl part and 6 to 10 carbon atoms in the aryl part, for example benzyl, which, for example, trimethyl-, triethyl-, triphenyl- or t-butyldiphenylsilyl fall under the formula -Si (R c ) 3
und die übrigen Substituenten und Indizes die unter Formel (I) angegebene Bedeutung haben.and the other substituents and indices have the meaning given under formula (I).
Unter den mit einatomig verbrückten Liganden chelatisierten Metallkomplexen (I) sind beispielsweise jene bevorzugt, in denen M als zweiwertig positiv geladenes Palladium vorliegt, die Elemente E1 und E2 Phosphor und die verbrückende Struktureinheit G Methylen, Ethyliden, 2-Propyliden, Dimethylsilylen oder Diphenylsilylen, insbesondere Methylen bedeuten. Vorteilhafterweise weisen die einatomig verbrückten Metallkomplexe Reste R1 bis R4 auf, von denen mindestens einer ein nicht-aromatischer Rest ist. Unter den aromatischen Resten sind vor allem Phenyl und Tolyl sowie o-, m- oder p-Anisyl hervorzuheben, unter den aliphatischen Resten sind dieses Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl, n-, i- oder t-Butyl, n-, i- oder neo-Pentyl, -Hexyl, -Heptyl, -Octyl, -Nonyl, - Decyl, -Undecyl, -Dodecyl, -Tridecyl oder -Tetradecyl.Among the metal complexes (I) chelated with monatomic ligands, those are preferred, for example, in which M is palladium positively charged as divalent is present, the elements E 1 and E 2 are phosphorus and the bridging structural unit G is methylene, ethylidene, 2-propylidene, dimethylsilylene or diphenylsilylene, in particular methylene. The monatomically bridged metal complexes advantageously have radicals R1 to R4, at least one of which is a non-aromatic radical. Among the aromatic radicals, phenyl and tolyl and o-, m- or p-anisyl are particularly noteworthy, among the aliphatic radicals are methyl, ethyl, n- or i-propyl, n-, i- or t-butyl, n -, i- or neo-pentyl, -hexyl, -heptyl, -ctyl, -nonyl, -decyl, -undecyl, -dodecyl, -tridecyl or -tetradecyl.
Besonders bevorzugt sind Metallkomplexe (I), die über eine dreiatomige Verbrückung verfügen. Hierunter fallen zum Beispiel Verbindungen, in denen die Elemente E1 und E2 durch eine Propyleneinheit (-CH2CH2CH2-) verbunden werden und die weiteren Substituenten in Formel (I) die folgenden Bedeutung haben:Metal complexes (I) which have a three-atom bridge are particularly preferred. This includes, for example, compounds in which the elements E1 and E2 are connected by a propylene unit (-CH 2 CH 2 CH 2 -) and the further substituents in formula (I) have the following meaning:
M Palladium oder Nickel, insbesondere Palladium,M palladium or nickel, especially palladium,
E1, E2 Phosphor oder Stickstoff, insbesondere Phosphor,E 1 , E 2 phosphorus or nitrogen, in particular phosphorus,
R1 bis R4 unabhängig voneinander lineares oder verzweigtes d- bis C20-Alkyl, häufig Cr bis Cio-Alkyl und oft d- bis C5-Alkyl, wobei Alkyl beispielsweise für Methyl,R 1 to R 4 independently of one another are linear or branched d- to C 20 -alkyl, frequently Cr to Cio-alkyl and often d- to C 5 -alkyl, where alkyl is, for example, methyl,
Ethyl, n- oder i-Propyl, n-, i- oder t-Butyl, n-, i- oder neo-Pentyl, -Hexyl, -Heptyl, -Octyl, -Nonyl, -Decyl, -Undecyl, -Dodecyl, -Tridecyl oder -Tetradecyl steht, substituiertes und unsubstituiertes C3- bis C6-Cycloalkyl, wie Cyclopropyl, Cyclohexyl oder 1-Methylcylohexyl, insbesondere Cyclohexyl, C6- bis Cio-Aryl, wie Phenyl oder Naphthyl, insbesondere Phenyl, mit funktionellen Gruppen auf derEthyl, n- or i-propyl, n-, i- or t-butyl, n-, i- or neo-pentyl, -hexyl, -heptyl, -octyl, -nonyl, -decyl, -undecyl, -dodecyl, -Tridecyl or -Tetradecyl, substituted and unsubstituted C 3 - to C 6 -cycloalkyl, such as cyclopropyl, cyclohexyl or 1-methylcylohexyl, in particular cyclohexyl, C 6 - to Cio-aryl, such as phenyl or naphthyl, in particular phenyl, with functional groups on the
Basis der nichtmetallischen Elemente der Gruppen IVA, VA, VIA oder VIIA des Periodensystems substituiertes C6- bis Cio-Aryl, wie lineares oder verzweigtes d- bis C6-Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, i-Propyl, t-Butyl, partiell oder perhaiogeniertes d- bis C6-Alkyl, beispielsweise Trifluormethyl oder 2,2,2- Trifiuorethyl, Triorganosilyl, wie Trimethylsilyl, Triethylsilyl oder t-Based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA of the periodic table, substituted C 6 to C 10 aryl, such as linear or branched d to C 6 alkyl, for example methyl, ethyl, i-propyl, t-butyl, partially or perhaogenized d to C 6 alkyl, for example trifluoromethyl or 2,2,2-trifiuorethyl, triorganosilyl such as trimethylsilyl, triethylsilyl or t
Butyldiphenylsilyl, Amino, beispielsweise Dimethylamino, Diethylamino oder Di- i-propylamino, Alkoxy, beispielsweise Methoxy, Ethoxy oder t-Butoxy, oder Halogen, wie Fluor, Chlor, Brom oder Jod, Aralkyl mit 1 bis 3 C-Atomen im Alkylrest und 6 bis 10 C-Atomen im Arylrest, beispielsweise Benzyl, oder Heteroaryl, wie Pyridyl,Butyldiphenylsilyl, amino, for example dimethylamino, diethylamino or di-i-propylamino, alkoxy, for example methoxy, ethoxy or t-butoxy, or halogen, such as fluorine, chlorine, bromine or iodine, aralkyl with 1 to 3 carbon atoms in the alkyl radical and 6 up to 10 carbon atoms in the aryl radical, for example benzyl, or heteroaryl, such as pyridyl,
L1, L2 Acetonitril, Acetylaceton, Trifluoracetat, Benzonitril, Tetrahydrofuran, Diethy- lether, Acetat, Tosylat oder Wasser, sowie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Phenyl oder Benzyl, X Tetrafluoroborat, Hexafluorophosphat, Hexafluoroantimonat, Pentafluorbenzo- at, Trifluormethansulfonat, Trifluoracetat, Perchlorat, p-Toluolsulfonat oder Tetraarylborate wie Tetrakis(pentafluorphenyl)borat oder Tetrakis(3,5- bis(trifluormethyl)phenyl)borat,L 1 , L 2 acetonitrile, acetylacetone, trifluoroacetate, benzonitrile, tetrahydrofuran, diethyl ether, acetate, tosylate or water, and also methyl, ethyl, propyl, butyl, phenyl or benzyl, X tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, hexafluoroantimonate, pentafluorobenzoate, trifluoromethanesulfonate, trifluoroacetate, perchlorate, p-toluenesulfonate or tetraaryl borates such as tetrakis (pentafluorophenyl) borate or tetrakis (3,5-bis) trifluoromethyl
p 0, 1 , 2, 3 oder 4,p 0, 1, 2, 3 or 4,
m, n 0, 1 , 2, 3 oder 4,m, n 0, 1, 2, 3 or 4,
wobei p = m x n.where p = m x n.
Beispiele für bevorzugte propylenverbrückte Metallkomplexe sindExamples of preferred propylene-bridged metal complexes are
[1 ,3-Bis(diphenylphosphino)propan]-, [1 ,3-Bis(di(2-methoxyphenyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (diphenylphosphino) propane] -, [1,3-bis (di (2-methoxyphenyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(dimethylphosphino)propan]-,[1,3-bis (dimethylphosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(diethylphosphino)propan]-,[1,3-bis (diethylphosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(n-propyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (n-propyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(iso-propyl)phosphino)propan]-, [1 ,3-Bis(di(n-butyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (iso-propyl) phosphino) propane] -, [1,3-bis (di (n-butyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(2-methoxyphenyl)phosphino)-2,2-diethyl-propan]-,[1,3-bis (di (2-methoxyphenyl) phosphino) -2,2-diethyl-propane] -,
[1 ,3-Bis(di(n-pentyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (n-pentyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(n-hexyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (n-hexyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(iso-hexyl)phosphino)propan]-, [1 ,3-Bis(di(neo-hexyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (iso-hexyl) phosphino) propane] -, [1,3-bis (di (neo-hexyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(n-heptyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (n-heptyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(3-(cyclopentyl)propyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (3- (cyclopentyl) propyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(n-octyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (n-octyl) phosphino) propane] -,
[1,3-Bis(di(n-nonyl)phosphino)propan]-, [1 ,3-Bis(di(n-decyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (n-nonyl) phosphino) propane] -, [1,3-bis (di (n-decyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(n-dodecyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (n-dodecyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(n-tetradecyl)phosphino)propan]-,[1,3-bis (di (n-tetradecyl) phosphino) propane] -,
[1 ,3-Bis(di(3-(cyclohexyl)propyl)phosphino)propan]- oder [1 ,3-Bis(di(n- hexadecyl)phosphino)propan]-palladium-(ll)-acetat.[1,3-bis (di (3- (cyclohexyl) propyl) phosphino) propane] - or [1,3-bis (di (n-hexadecyl) phosphino) propane] palladium (II) acetate.
Weitere bevorzugte Metallkomplexe weisen zweizähnige Liganden auf, welche Bipyri- dinstrukturen enthalten.Further preferred metal complexes have bidentate ligands which contain bipyridine structures.
Unter den dreiatomig verbrückten Metallkomplexen (I) sind jene mit einer verbrücken- den Struktureinheit -A-N(R5)-B- ebenfalls bevorzugt. Die Substituenten und Indizes in diesen Metallkomplexen (I) nehmen dabei vorteilhafterweise die folgende Bedeutung an:Among the three-atom bridged metal complexes (I), those with a bridging structural unit -AN (R 5 ) -B- are also preferred. The substituents and indices in these metal complexes (I) advantageously assume the following meaning:
M Palladium oder Nickel, insbesondere Palladium,M palladium or nickel, especially palladium,
E1, E2 Phosphor oder Stickstoff, insbesondere Phosphor,E 1 , E 2 phosphorus or nitrogen, in particular phosphorus,
R1 bis R4 unabhängig voneinander lineares oder verzweigtes Cr bis C20-Alkyl, häufig d- bis do-Alkyl und oft C bis C5-Alkyl, wobei Alkyl beispielsweise für Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl, n-, i- oder t-Butyl, n-, i- oder neo-Pentyl, -Hexyl, -Heptyl,R 1 to R 4 independently of one another are linear or branched Cr to C 20 alkyl, frequently d- to do-alkyl and often C to C 5 alkyl, alkyl being for example methyl, ethyl, n- or i-propyl, n- , i- or t-butyl, n-, i- or neo-pentyl, -hexyl, -heptyl,
-Octyl, -Nonyl, -Decyl, -Undecyl, -Dodecyl, -Tridecyl oder -Tetradecyl steht, substituiertes und unsubstituiertes C3- bis C6-Cycloalkyl, wie Cyclopropyl, Cyclohexyl oder 1 -Methylcylohexyl, insbesondere Cyclohexyl, C6- bis Cio-Aryl, wie Phenyl oder Naphthyl, insbesondere Phenyl, mit funktionellen Gruppen auf der Basis der nichtmetallischen Elemente der Gruppen IVA, VA, VIA oder VIIA des-Octyl, -Nonyl, -Decyl, -Undecyl, -Dodecyl, -Tridecyl or -Tetradecyl, substituted and unsubstituted C 3 - to C 6 -cycloalkyl, such as cyclopropyl, cyclohexyl or 1-methylcylohexyl, especially cyclohexyl, C 6 - bis Cio-aryl, such as phenyl or naphthyl, especially phenyl, with functional groups based on the non-metallic elements of groups IVA, VA, VIA or VIIA des
Periodensystems substituiertes C6- bis Cio-Aryl, wie lineares oder verzweigtes d- bis C6-Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, i-Propyl, t-Butyl, partiell oder perhalogeniertes d- bis C6-Alkyl, beispielsweise Trifluormethyl oder 2,2,2- Trifluorethyl, Triorganosilyl, wie Trimethylsilyl, Triethylsilyl oder t- Butyldiphenylsilyl, Amino, beispielsweise Dimethylamino, Diethylamino oder Di- i-propylamino, Alkoxy, beispielsweise Methoxy, Ethoxy oder t-Butoxy, oder Halogen, wie Fluor, Chlor, Brom oder Jod, Aralkyl mit 1 bis 3 C-Atomen im Alkylrest und 6 bis 10 C-Atomen im Arylrest, beispielsweise Benzyl, oder Heteroaryl, wie Pyridyl,Periodic table substituted C 6 - to Cio-aryl, such as linear or branched d to C 6 alkyl, for example methyl, ethyl, i-propyl, t-butyl, partially or perhalogenated d to C 6 alkyl, for example trifluoromethyl or 2 , 2,2-trifluoroethyl, triorganosilyl, such as trimethylsilyl, triethylsilyl or t-butyldiphenylsilyl, amino, for example dimethylamino, diethylamino or di-i-propylamino, alkoxy, for example methoxy, ethoxy or t-butoxy, or halogen, such as fluorine, chlorine, Bromine or iodine, aralkyl with 1 to 3 carbon atoms in the alkyl radical and 6 to 10 carbon atoms in the aryl radical, for example benzyl, or heteroaryl, such as pyridyl,
L1, L2 Acetonitril, Benzonitril, Aceton, Acetylaceton, Diethylether, Tetrahydrofuran, Acetat, Trifluoracetat oder Benzoat, sowie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Phenyl oder Benzyl,L 1 , L 2 acetonitrile, benzonitrile, acetone, acetylacetone, diethyl ether, tetrahydrofuran, acetate, trifluoroacetate or benzoate, and also methyl, ethyl, propyl, butyl, phenyl or benzyl,
X p-Toluolsulfonat, Methylsulfonat, Trifluormethansulfonat, Perchlorat, Acetat, Trifluoracetat, Tetrafluoroborat, Tetraphenylborat, Hexafluorophosphat, Tetra- kis(pentafluorphenyl)borat, Tetrakis(3,5-bis(trifluormethyl)phenyl)borat,X p-toluenesulfonate, methyl sulfonate, trifluoromethanesulfonate, perchlorate, acetate, trifluoroacetate, tetrafluoroborate, tetraphenylborate, hexafluorophosphate, tetrakis (pentafluorophenyl) borate, tetrakis (3,5-bis (trifluoromethyl) phenyl
A, B -(CR 2)r- mit r' gleich 1 oder 2, insbesondere 1 , und R wie unter Formel II beschrieben, insbesondere Wasserstoff, Methyl oder Ethyl,A, B - (CR 2 ) r - with r 'equal to 1 or 2, in particular 1, and R as described under formula II, in particular hydrogen, methyl or ethyl,
p 0, 1 , 2, 3 oder 4,p 0, 1, 2, 3 or 4,
m, n 0, 1 , 2, 3 oder 4, wobei p = m x n.m, n 0, 1, 2, 3 or 4, where p = mx n.
Die bevorzugten Reste R5 entsprechen den bereits weiter oben genannten.The preferred radicals R 5 correspond to those already mentioned above.
Beispiele hierfür sindexamples for this are
[N,N-Bis(di(2-methoxyphenyl)phosphinomethyl)phenylamin]- palladium(ll)-acetat, [N,N-Bis(diphenylphosphinomethyl)t-butylamin]-palladium(ll)- acetat, [N,N-Bis(di(2-methoxy)phenylphosphinomethyl)t-butylamin]-palladium(ll)- acetat.[N, N-bis (di (2-methoxyphenyl) phosphinomethyl) phenylamine] palladium (II) acetate, [N, N-bis (diphenylphosphinomethyl) t-butylamine] palladium (II) acetate, [N, N Bis (di (2-methoxy) phenylphosphinomethyl) t-butylamine] palladium (II) acetate.
Weitere Beispiele für besonders bevorzugte Metallkomplexe (I) sindFurther examples of particularly preferred metal complexes (I) are
Bis(Acetonitril)[N,N-Bis(diphenylphosphinomethyl)phenylamin]-, Bis(Acetonitril)[N,N-Bis(di(2-methoxyphenyl)phosphinomethyl)phenylamin]-,Bis (acetonitrile) [N, N-bis (diphenylphosphinomethyl) phenylamine] -, bis (acetonitrile) [N, N-bis (di (2-methoxyphenyl) phosphinomethyl) phenylamine] -,
Bis(Acetonitril)[N,N-Bis(diphenylphosphinomethyl)t-butylamin]-,Bis (acetonitrile) [N, N-bis (diphenylphosphinomethyl) t-butylamine] -,
Bis(Acetonitril)[N,N-Bis(di(2-methoxy)phenylphosphinomethyl)t-butylamin]-,Bis (acetonitrile) [N, N-bis (di (2-methoxy) phenylphosphinomethyl) t-butylamine] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(diphenylphosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (diphenylphosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1 ,3-Bis(di(2-methoxyphenyl)phosphino)propan]-, Bis(Acetonitril)[1 ,3-Bis(dimethylphosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (2-methoxyphenyl) phosphino) propane] -, bis (acetonitrile) [1,3-bis (dimethylphosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(diethylphosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (diethylphosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(n-propyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-propyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(iso-propyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (iso-propyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(n-butyl)phosphino)propan]-, Bis(Acetonitril)[1 ,3-Bis(di(n-pentyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-butyl) phosphino) propane] -, bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-pentyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(n-hexyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-hexyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1 ,3-Bis(di(iso-hexyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (isohexyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(neo-hexyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (neo-hexyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(n-heptyl)phosphino)propan]-, Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(3-(cyclopentyl)propyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-heptyl) phosphino) propane] -, bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (3- (cyclopentyl) propyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1 ,3-Bis(di(n-octyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-octyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(n-nonyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-nonyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(n-decyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-decyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1 ,3-Bis(di(n-dodecyl)phosphino)propan]-, Bis(Acetonitril)[1,3-Bis(di(n-tetradecyl)phosphino)propan]-,Bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-dodecyl) phosphino) propane] -, bis (acetonitrile) [1,3-bis (di (n-tetradecyl) phosphino) propane] -,
Bis(Acetonitril)[1 ,3-Bis(di(3-(cyclohexyl)propyl)phosphino)propan]- oderBis (acetonitrile) [1,3-bis (di (3- (cyclohexyl) propyl) phosphino) propane] - or
Bis(Acetonitrii)[1,3-Bis(di(n-hexadecyl)phosphino)propan]-palladium-(II)- bis(tetrafluoroborat) und die entsprechenden -bis(perchlorate), -bis(tetraphenylborate) oder -bis(tetrakis(tris(2,4,6-trif luormethyl)phenyl)borate) sowie die entsprechenden Komplexe, in denen die Bis(AcetonitriI)-Einheit durch eine BisfTetrahydrof uran)- oder eine Bis(Aqua)-Einheit ersetzt ist.Bis (acetonitrii) [1,3-bis (di (n-hexadecyl) phosphino) propane] palladium (II) bis (tetrafluoroborate) and the corresponding bis (perchlorate), bis (tetraphenylborate) or bis ( tetrakis (tris (2,4,6-trif luormethyl) phenyl) borate) and the corresponding Complexes in which the bis (acetonitrile) unit is replaced by a bis (tetrahydrofuran) or a bis (aqua) unit.
Sofern die eingesetzten Metallkomplexe positiv geladen sind, kommen als nichtkoordi- nierende Gegenionen insbesondere BF4 ", SO4 2", Trifluoracetat, Nitrat, Perchlorat, Tosy- lat, Trifluormethansulfonat oder Methansulfonat in Frage.If the metal complexes used are positively charged, in particular BF 4 " , SO 4 2" , trifluoroacetate, nitrate, perchlorate, tosylate, trifluoromethanesulfonate or methanesulfonate are suitable as non-coordinating counterions.
In einem bevorzugten Verfahren werden die vorgenannten Metallkomplexe in Gegenwart von Säuren, welche man auch als sogenannte Aktivatoren bezeichnet, eingesetzt.In a preferred process, the aforementioned metal complexes are used in the presence of acids, which are also referred to as activators.
Als Aktivatorverbindungen kommen sowohl mineralische Protonensäuren als auch Lewis-Säuren in Frage. Geeignet als Protonensäuren sind zum Beispiel Schwefelsäure, Salpetersäure, Borsäure, Tetrafluorborsäure, Perchlorsäure, p-Toluolsulfonsäure, Trifluoressigsäure, Trifluormethansulfonsäure oder Methansulfonsäure. Bevorzugt wird auf p-Toluolsulfonsäure und Tetrafluorborsäure zurückgegriffen. Als Lewis-Säuren kommen beispielsweise Borverbindungen, wie Triphenylboran, Tris(pentafluorphenyl)boran, Tris(p-chlorphenyl)boran oder Tris(3,5-bis- (trifluormethyl)phenyl)boran oder Aluminium-, Zink-, Antimon- oder Titanverbindungen mit lewissaurem Charakter in Frage. Es können auch Mischungen von Protonensäuren bzw. Lewis-Säuren sowie Protonen- und Lewis-Säuren im Gemisch eingesetzt werden.Both mineral protonic acids and Lewis acids are suitable as activator compounds. Examples of suitable protic acids are sulfuric acid, nitric acid, boric acid, tetrafluoroboric acid, perchloric acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoroacetic acid, trifluoromethanesulfonic acid or methanesulfonic acid. P-Toluenesulfonic acid and tetrafluoroboric acid are preferably used. Examples of Lewis acids are boron compounds such as triphenylborane, tris (pentafluorophenyl) borane, tris (p-chlorophenyl) borane or tris (3,5-bis (trifluoromethyl) phenyl) borane or aluminum, zinc, antimony or titanium compounds with a Lewis acid character in question. Mixtures of protonic acids or Lewis acids and protonic and Lewis acids in a mixture can also be used.
Das molare Verhältnis von optional eingesetzter Säure zu Metallkomplex, bezogen auf die Menge an Metall M, liegt im allgemeinen im Bereich von 60:1 bis 1:1 , häufig von 25:1 bis 2:1 und oft von 12:1 bis 3:1.The molar ratio of optionally used acid to metal complex, based on the amount of metal M, is generally in the range from 60: 1 to 1: 1, frequently from 25: 1 to 2: 1 and often from 12: 1 to 3: 1.
In einem ebenfalls bevorzugten Verfahren werden die vorgenannten Metallkomplexe gemeinsam mit den Säuren in Gegenwart von organischen Hydroxyverbindung eingesetzt.In a likewise preferred process, the aforementioned metal complexes are used together with the acids in the presence of organic hydroxy compound.
Geeignete organische Hydroxyverbindungen sind alle niedermolekularen organischen Stoffe (Mw < 500), die eine oder mehrere Hydroxylgruppen besitzen. Bevorzugt sind niedere Alkohole mit 1 bis 6 C-Atomen, wie Methanol, Ethanol, n-oder i-Propanol, n- Butanol, s-Butanol oder t-Butanol. Außerdem können aromatische Hydroxyverbindungen, wie z.B. Phenol, eingesetzt werden. Ebenfalls geeignet sind z.B. Zucker, wie Fructose, Glucose oder Lactose. Weiterhin geeignet sind Polyalkohole, wie Ethylen- glykol, Glyzerin oder auch Polyvinylalkohol. Selbstverständlich können auch Mischungen mehrerer Hydroxyverbindungen eingesetzt werden. Das molare Verhältnis von optional eingesetzter Hydroxyverbindung zu Metallkomplex, bezogen auf die Menge an Metall M, liegt im allgemeinen im Bereich von 0 bis 100000, oft von 500 bis 50000 und häufig von 1000 bis 10000.Suitable organic hydroxy compounds are all low molecular weight organic substances (M w <500) which have one or more hydroxyl groups. Lower alcohols having 1 to 6 carbon atoms, such as methanol, ethanol, n- or i-propanol, n-butanol, s-butanol or t-butanol, are preferred. Aromatic hydroxy compounds, such as phenol, can also be used. Sugars such as fructose, glucose or lactose are also suitable. Also suitable are polyalcohols, such as ethylene glycol, glycerin or polyvinyl alcohol. Mixtures of several hydroxy compounds can of course also be used. The molar ratio of optionally used hydroxy compound to metal complex, based on the amount of metal M, is generally in the range from 0 to 100,000, often from 500 to 50,000 and often from 1,000 to 10,000.
Generell können die Metalle M in den Komplexen formal ungeladen, formal einfach positiv oder vorzugsweise formal zweifach positiv geladen vorliegen.In general, the metals M can be present in the complexes in a formally uncharged, formally single positive or preferably formally double positive.
Geeignete formal geladene anionische Liganden L1, L2 sind Hydrid, Sulfate, Phosphate oder Nitrate. Des weiteren sind geeignet Carboxylate oder Salze organischer Sulfon- säuren wie Methylsulf onat, Trifluormethylsulfonat oder p-Toluolsulfonat. Unter den Salzen organischer Sulfonsäuren ist p-Toluolsulfonat bevorzugt. Als formal geladene Liganden L1, L2 sind Carboxylate, bevorzugt d- bis C20-Carboxylate und insbesondere Cr bis C7-Carboxylate, also z.B. Acetat, Trifluoracetat, Propionat, Oxalat, Citrat oder Benzoat bevorzugt. Besonders bevorzugt ist Acetat.Suitable formally charged anionic ligands L 1 , L 2 are hydride, sulfates, phosphates or nitrates. Carboxylates or salts of organic sulfonic acids such as methyl sulfonate, trifluoromethyl sulfonate or p-toluenesulfonate are also suitable. Among the salts of organic sulfonic acids, p-toluenesulfonate is preferred. Preferred formally charged ligands L 1 , L 2 are carboxylates, preferably d to C 20 carboxylates and in particular Cr to C 7 carboxylates, that is to say, for example, acetate, trifluoroacetate, propionate, oxalate, citrate or benzoate. Acetate is particularly preferred.
Geeignete formal geladene organische Liganden L1, L2 sind auch C bis C20- aliphatische Reste, C3- bis Cι4-cycloaliphatische Reste, C7- bis C20-Arylalkylreste mit C6- bis C -Arylresten und d- bis C6-Alkylresten sowie C6- bis Cι4-aromatische Reste, beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, i-Propyl, t-Butyl, n-, i-Pentyl, Cyclohexyl, Benzyl, Phenyl und aliphatisch oder aromatisch substituierte Phenylreste.Suitable formally charged organic ligands L 1 , L 2 are also C to C 20 aliphatic radicals, C 3 to C 4 cycloaliphatic radicals, C 7 to C 20 arylalkyl radicals with C 6 to C aryl radicals and d to C 6 alkyl radicals and C 6 - to -C 4 aromatic radicals, for example methyl, ethyl, propyl, i-propyl, t-butyl, n-, i-pentyl, cyclohexyl, benzyl, phenyl and aliphatic or aromatic substituted phenyl radicals.
Als formal ungeladene Liganden L1, L2 sind generell Lewisbasen geeignet, also Verbindungen mit mindestens einem freien Elektronenpaar. Besonders gut geeignet sind Lewisbasen, deren freies Elektronenpaar oder deren freie Elektronenpaare sich an einem Stickstoff- oder Sauerstoffatom befinden, also beispielsweise Nitrile, R-CN, Ke- tone, Ether, Alkohole oder Wasser. Vorzugsweise verwendet man d- bis C10-Nitrile wie Acetonitril, Propionitril, Benzonitril oder C2- bis Cι0-Ketone wie Aceton, Acetylaceton oder aber C2- bis Cio-Ether, wie Dimethylether, Diethylether, Tetrahydrofuran. Insbesondere verwendet man Acetonitril, Tetrahydrofuran oder Wasser.Lewis bases, ie compounds with at least one lone pair of electrons, are generally suitable as formally uncharged ligands L 1 , L 2 . Lewis bases whose free electron pair or whose free electron pairs are located on a nitrogen or oxygen atom, ie, for example, nitriles, R-CN, ketones, ethers, alcohols or water, are particularly suitable. Preference is given to using d- to C 10 -nitriles such as acetonitrile, propionitrile, benzonitrile or C 2 - to -C- 0 ketones such as acetone, acetylacetone or C 2 - to cioethers such as dimethyl ether, diethyl ether, tetrahydrofuran. In particular, acetonitrile, tetrahydrofuran or water are used.
Grundsätzlich können die Liganden L1 und L2 in jeder beliebigen Ligandkombination vorliegen, d.h. die Metallkomplexe (I) oder (III) bzw. der Rest gemäß Formel (II) können zum Beispiel einen Nitrat- und einen Acetatrest, einen p-Toluolsulfonat- und einen Acetatrest oder einen Nitrat- und einen formal geladenen organischen Liganden wie Methyl enthalten. Bevorzugt liegen in den Metallkomplexen L1 und L2 als identische Liganden vor.Basically, the ligands L 1 and L 2 can be present in any ligand combination, ie the metal complexes (I) or (III) or the rest according to formula (II) can be, for example, a nitrate and an acetate residue, a p-toluenesulfonate and contain an acetate residue or a nitrate and a formally charged organic ligand such as methyl. L 1 and L 2 are preferably present as identical ligands in the metal complexes.
Je nach formaler Ladung des das Metall M enthaltenden Komplexfragments enthalten die Metallkomplexe Anionen X. Ist das M-enthaltende Komplexfragment jedoch formal ungeladen, so enthält der erfindungsgemäße Komplex gemäß Formel (I) oder (III) kein Anion X. Vorteilhafterweise werden Anionen X eingesetzt, die möglichst wenig nucle- ophil sind, d.h. eine möglichst geringe Tendenz haben, mit dem Zentralmetall M eine starke Wechselwirkung, ob ionisch, koordinativ oder kovalent, einzugehen.Depending on the formal charge of the complex fragment containing the metal M, the metal complexes contain anions X. However, if the M-containing complex fragment is formally uncharged, the complex according to the invention according to formula (I) or (III) contains none Anion X. Anions X are advantageously used which are as little nucleophilic as possible, ie which have as little tendency as possible to interact strongly with the central metal M, whether ionic, coordinative or covalent.
Geeignete Anionen X sind beispielsweise Perchlorat, Sulfat, Phosphat, Nitrat und Carboxylate, wie beispielsweise Acetat, Trifluoracetat, Trichloracetat, Propionat, Oxalat, Citrat, Benzoat, sowie konjugierte Anionen von Organosulfonsäuren wie zum Beispiel Methylsulfonat, Trifluormethylsulfonat und p-Toluoisulfonat, weiterhin Tetrafluoroborat, Tetraphenylborat, Tetrakis(pentafluorophenyl)borat, Tetrakis[bis(3,5- trifluormethyl)phenyl]borat, Hexafluorophosphat, Hexafluoroarsenat oder Hexafluoro- antimonat. Vorzugsweise verwendet man Perchlorat, Trifluoracetat, Sulfonate wie Methylsulfonat, Trifluormethylsulfonat, p-Toluolsulfonat, Tetrafluoroborat oder Hexafluorophosphat und insbesondere Trifluormethylsulfonat, Trifluoracetat, Perchlorat oder p- Toluolsulfonat.Suitable anions X are, for example, perchlorate, sulfate, phosphate, nitrate and carboxylates, such as, for example, acetate, trifluoroacetate, trichloroacetate, propionate, oxalate, citrate, benzoate, and conjugated anions of organosulfonic acids such as, for example, methylsulfonate, trifluoromethylsulfonate and p-toluene tetronate, Tetraphenylborate, tetrakis (pentafluorophenyl) borate, tetrakis [bis (3,5-trifluoromethyl) phenyl] borate, hexafluorophosphate, hexafluoroarsenate or hexafluoroantimonate. Perchlorate, trifluoroacetate, sulfonates such as methyl sulfonate, trifluoromethyl sulfonate, p-toluenesulfonate, tetrafluoroborate or hexafluorophosphate and in particular trifluoromethyl sulfonate, trifluoroacetate, perchlorate or p-toluenesulfonate are preferably used.
Falls mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Polymerisatdispersionen auf Basis von Polyolefinen hergestellt werden sollen, so empfiehlt es sich, die Polymerisation der ethylenisch ungesättigten Verbindungen im wässrigen Medium mit Hilfe des folgenden Polymerisationskatalysators durchzuführen:If polymer dispersions based on polyolefins are to be produced using the process according to the invention, it is advisable to carry out the polymerization of the ethylenically unsaturated compounds in an aqueous medium using the following polymerization catalyst:
Komplexverbindungen der allgemeinen Formel A oder B oder einem Gemisch dieser Komplexverbindungen A und BComplex compounds of the general formula A or B or a mixture of these complex compounds A and B
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Figure imgf000022_0001
BB
wobei die Reste wie folgt definiert sind:where the residues are defined as follows:
Md ein Übergangsmetall der Gruppen 7 bis 10 des Periodensystems der Elemente (gemäß der ab 1987 verwendeten Nomenklatur), vorzugsweise Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel oder Palladium,M d is a transition metal from groups 7 to 10 of the Periodic Table of the Elements (according to the nomenclature used from 1987), preferably manganese, iron, cobalt, nickel or palladium,
L1 C Phosphane (R16 d)χPH3.x oder Amine (R 6 d)xNH3.x mit gleichen oder verschiedenen Resten R16 d, Ether (R16 d)2O, H2O, Alkoholen (R16 d)OH, Pyridin, Pyridinderi- vate der Formel C5H5-x(R16 d)xN, CO, CrCι2-Alkylnitrile, C6-C14-Arylnitrile oder ethylenisch ungesättigten Doppelbindungssystemen, wobei x eine ganze Zahl von 0 bis 3 bedeutet, L2 d Halogenidionen, Amidionen RdhNH2.h, wobei h eine ganze Zahl von 0 bis 2 be- deutet, und weiterhin CrC6-Alkylanionen, Allylanionen, Benzylanionen oderL 1 C phosphines (R 16 d ) χPH 3 . x or amines (R 6 d ) x NH 3 . x with identical or different radicals R 16 d , ether (R 16 d ) 2 O, H 2 O, alcohols (R 16 d ) OH, pyridine, pyridine vate of the formula C 5 H 5-x (R 16 d ) x N, CO, CrCι 2 alkyl nitriles, C 6 -C 14 aryl nitriles or ethylenically unsaturated double bond systems, where x is an integer from 0 to 3, L 2 d Halide ions, amide ions RdhNH 2 . h , where h is an integer from 0 to 2, and furthermore CrC 6 alkyl anions, allyl anions, benzyl anions or
Arylanionen, wobei L1 d und L2 d miteinander durch eine oder mehrere kovalenteAryl anions, where L 1 d and L 2 d are covalent to one another
Bindungen verknüpft sein können, Ed Stickstoff, Phosphor, Arsen oder Antimon, Xd -SO3-, -O-PO3 2-, NH(R15 d)2 +, N(R15 d)3 + oder -(OCH2CH2)nOH, n eine ganze Zahl von 0 bis 15,Bonds can be linked, E d nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony, X d -SO 3 -, -O-PO 3 2 -, NH (R 15 d ) 2 + , N (R 15 d ) 3 + or - ( OCH 2 CH 2 ) n OH, n is an integer from 0 to 15,
Yd Sauerstoff, Schwefel, N-R10 d oder P-R10 d,Y d oxygen, sulfur, NR 10 d or PR 10 d ,
R1 d Wasserstoff, CrCι2-Alkylgruppen, C7-Cι3-Aralkylresten und C6-Cι -R 1 d hydrogen, CrCι 2 alkyl groups, C 7 -Cι 3 aralkyl radicals and C 6 -Cι -
Arylgruppen, unsubstituiert oder substituiert mit einer hydrophilen Gruppe Xd, R2 d und R3 d Wasserstoff, hydrophile Gruppen Xd,Aryl groups, unsubstituted or substituted with a hydrophilic group X d , R 2 d and R 3 d hydrogen, hydrophilic groups X d ,
CrCι2-Alkyl, wobei die Alkylgruppen verzweigt oder unverzweigt sein können, d-Cι2-Alkyl, ein- oder mehrfach gleich oder verschieden substituiert durch d-CrCι 2 alkyl, where the alkyl groups can be branched or unbranched, d-Cι 2 alkyl, one or more times the same or differently substituted by d-
2-Alkylgruppen, Halogene, hydrophile Gruppen Xd, d-Cι2-Alkoxygruppen o- der d-Cι2-Thioethergruppen, C7-Cι3-Aralkyl,C 2 alkyl groups, halogens, hydrophilic groups X d , d-C 2 alkoxy groups or the d-C 2 thioether groups, C 7 -C 3 aralkyl,
C3-Cι2-Cycloalkyl,C 3 -C 2 cycloalkyl,
C3-Cι2-Cycloalkyl, ein- oder mehrfach gleich oder verschieden substituiert durchC 3 -C 2 cycloalkyl, substituted one or more times identically or differently by
CrC12-Alkylgruppen, Halogene, hydrophile Gruppen Xd, d-Cι2-Alkoxygruppen oder d-Cι2-Thioethergruppen, C6-Cι4-Aryl,CrC 12 alkyl groups, halogens, hydrophilic groups X d , d-C 2 alkoxy groups or d-C 2 thioether groups, C 6 -C 4 aryl,
Cβ-Cu-Aryl, gleich oder verschieden substituiert durch eine oder mehrere d-Cβ-Cu-aryl, identical or differently substituted by one or more d-
C12-Alkylgruppen, Halogene, hydrophile Gruppen Xd, ein- oder mehrfach halo- genierte d-Cι2-Alkylgruppen, CrCι2-Alkoxygruppen, Silyloxygruppen O-C 12 alkyl groups, halogens, hydrophilic groups X d , mono- or polyhalogenated d-C 2 alkyl groups, CrC 2 alkoxy groups, silyloxy groups O-
SiR10 dR11 dR12 d, Aminogruppen NR13 dR14 d oder C C12-Thioethergruppen, CrCι2-Alkoxygruppen,SiR 10 d R 11 d R 12 d , amino groups NR 13 d R 14 d or CC 12 thioether groups, CrCι 2 alkoxy groups,
Silyloxygruppen OSiR10 dR11 dR 2 d,Silyloxy groups OSiR 10 d R 11 d R 2 d ,
Halogene oder Aminogruppen NR13 dR14d, wobei die Reste R2 d und R3 d miteinander einen gesättigten oder ungesättigten 5- bis 8-gliedrigen Ring bilden können, und wobei mindestens ein Rest R1 d, R2 d oder R3 d eine hydrophile Gruppe Xd trägt; R4 d bis R7 d Wasserstoff, hydrophile Gruppen Xd, d-Cι2-Alkyl, wobei die Alkylgruppen verzweigt oder unverzweigt sein können, C C12-Alkyl, ein- oder mehrfach gleich oder verschieden substituiert durch C Cι2-Alkylgruppen, Halogene, hydrophile Gruppen Xd, CrC12-Alkoxygruppen o- der d-Cι2-Thioethergruppen, C7-Cι3-Aralkyl, C3-C 2-Cycloalkyl,Halogens or amino groups NR 13 d R 14 d, where the radicals R 2 d and R 3 d can form a saturated or unsaturated 5- to 8-membered ring with one another, and at least one radical R 1 d , R 2 d or R 3 d bears a hydrophilic group X d ; R 4 d to R 7 d are hydrogen, hydrophilic groups X d , d -CC 2 alkyl, where the alkyl groups can be branched or unbranched, CC 12 alkyl, substituted one or more times identically or differently by C C 2 alkyl groups, halogens, hydrophilic groups X d , CrC 12 alkoxy groups or the d C 1 -C 2 thioether groups, C 7 -C 3 aralkyl, C 3 -C 2 cycloalkyl,
C3-Cι2-Cycloalkyl, ein- oder mehrfach gleich oder verschieden substituiert durch d-d≥-Alkylgruppen, Halogene, hydrophile Gruppen Xd, d-Cι2-Alkoxygruppen oder CrCι2-Thioethergruppen,
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C6-Cι4-Aryl, gleich oder verschieden substituiert durch eine oder mehrere C
C 3 -C 2 -cycloalkyl, substituted one or more times, identically or differently, by dd≥-alkyl groups, halogens, hydrophilic groups X d , d-C 2 alkoxy groups or CrC 2 thioether groups,
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C 6 -C 4 aryl, identical or different substituted by one or more C
2-Alkylgruppen, Halogene, hydrophile Gruppen Xd, ein- oder mehrfach halo- genierte d-Cι2-Alkylgruppen, CrC12-Alkoxygruppen, Silyloxygruppen O- SiR10 dR11dR12d, Aminogruppen NR13 dR14 d oder CrCι2-Thioethergruppen, CrC12-Alkoxygruppen, Silyloxygruppen OSiR10 dR 1 dR12d,C 2 alkyl groups, halogens, hydrophilic groups X d , mono- or polyhalogenated d-C 2 alkyl groups, CrC 12 alkoxy groups, silyloxy groups O-SiR 10 d R 11 dR 12 d, amino groups NR 13 d R 14 d or CrCι 2 thioether groups, CrC 12 alkoxy groups, silyloxy groups OSiR 10 d R 1 d R 12 d,
Halogene, NO2-Gruppen oder Aminogruppen NR13 dR14 d, wobei jeweils zwei benachbarte Reste R4 d bis R7 d miteinander einen gesättigten oder ungesättigten 5-8-gliedrigen Ring bilden können,Halogens, NO 2 groups or amino groups NR 13 d R 14 d , where two adjacent radicals R 4 d to R 7 d can form a saturated or unsaturated 5-8-membered ring with one another,
R8 d und R9 d Wasserstoff, d-C6-Alkylgruppen, C7-Ci3-Aralkylgruppen und C6-d4-R 8 d and R 9 d are hydrogen, dC 6 alkyl groups, C 7 -Ci 3 aralkyl groups and C 6 -d 4 -
Arylgruppen, unsubstituiert oder substituiert mit einer hydrophilen Gruppe Xd, R10 d bis R15 d Wasserstoff, d-C20-Alkylgruppen, die ihrerseits mit O(d-C6-Alkyl) oder N(CrC6-AlkyI)2-Gruppen substituiert sein können, C3-Cι2-Cycloalkylgruppen, C7-Cι3-Aralkylresten und C6-Cι -Arylgruppen;Aryl groups, unsubstituted or substituted with a hydrophilic group X d , R 10 d to R 15 d hydrogen, dC 20 alkyl groups, which in turn can be substituted with O (dC 6 alkyl) or N (CrC 6 alkylI) 2 groups , C 3 -C 2 cycloalkyl groups, C 7 -C 3 aralkyl radicals and C 6 -C aryl groups;
R 6 Wasserstoff, d-C20-Alkylgruppen, die ihrerseits mit O(CrC6-Alkyl) oder N(d- C6-Alkyl)2-Gruppen substituiert sein können,R 6 is hydrogen, dC 20 -alkyl groups, which in turn can be substituted by O (CrC 6 -alkyl) or N (d-C 6 -alkyl) 2 groups,
C3-Cι2-Cycloalkylgruppen, C7-Cι3-Aralkylresten und C6-Cι -Arylgruppen, unsubstituiert oder substituiert mit einer hydrophilen Gruppe Xd.C 3 -C 2 cycloalkyl groups, C 7 -C 3 aralkyl radicals and C 6 -C aryl groups, unsubstituted or substituted with a hydrophilic group X d .
In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei L1d und L2d durch eine oder mehrere kovalente Bindungen miteinander verknüpft. Beispiele für derartige Liganden sind 1 ,5-Cyclooctadienyl-Liganden („COD"), 1 ,6-Cyclodecenyl-Liganden oder 1 ,5,9-all- trans-Cyclododecatrienyl-Liganden.In a preferred embodiment, L 1 d and L 2 d are linked to one another by one or more covalent bonds. Examples of such ligands are 1,5-cyclooctadienyl ligands (“COD”), 1,6-cyclodecenyl ligands or 1,5,9-all-trans-cyclododecatrienyl ligands.
Derartige Komplexverbindungen der allgemeinen Formel A oder B, ihre Herstellung, ihre speziellen Ausgestaltungen und besonders geeignete Vertreter dieser Komplexverbindungen sind im Detail in der WO 01/44325 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird. Die Verbindungen A und B können in einem Verhältnis von 0 : 100 bis 100 : 0 mol-% eingesetzt werden. Bevorzugte Ausführungsformen sind 0 : 100 mol-%, 10 : 90 mol-%, 50 : 50 mol-%, 90 : 10 mol-% und 100 : 0 moI-%.Such complex compounds of the general formula A or B, their preparation, their special configurations and particularly suitable representatives of these complex compounds are described in detail in WO 01/44325, the disclosure content of which is hereby incorporated in its entirety. The compounds A and B can be used in a ratio of 0: 100 to 100: 0 mol%. Preferred embodiments are 0: 100 mol%, 10: 90 mol%, 50: 50 mol%, 90: 10 mol% and 100: 0 mol%.
Zahlreiche Komplexe der allgemeinen Formel A oder B sind für sich polymerisationsinaktiv. Sie benötigen einen Aktivator, der nach gängiger Vorstellung den Liganden L1d abstrahiert. Bei dem Aktivator kann es sich um Olefinkomplexe des Rhodiums oder Nickels handeln.Numerous complexes of the general formula A or B are polymerization-inactive by themselves. You need an activator that, according to popular belief, abstracts the ligand L 1 d. The activator can be olefin complexes of rhodium or nickel.
Bevorzugte, kommerziell bei Aldrich erhältliche Nickel-(Olefin)y-Komplexe sindPreferred nickel (olefin) y complexes commercially available from Aldrich are
Ni(C2H4)3, Ni(1 ,5-Cyclooctadien)2 "Ni(COD)2", Ni(1 ,6-Cyclodecadien)2, oder Ni(1 ,5,9- all-trans-Cyclododecatrien)2. Besonders bevorzugt ist Ni(COD)2.Ni (C 2 H 4 ) 3 , Ni (1, 5-cyclooctadiene) 2 "Ni (COD) 2 ", Ni (1, 6-cyclodecadiene) 2 , or Ni (1, 5,9-all-trans-cyclododecatriene ) 2 . Ni (COD) 2 is particularly preferred.
Besonders geeignet sind gemischte Ethylen/1 ,3-Dicarbonylkomplexe des Rhodiums, beispielsweise Rhodium-Acetylacetonat-Ethylen Rh(acac)(CH2=CH2)2, Rhodium-Mixed ethylene / 1,3-dicarbonyl complexes of rhodium, for example rhodium-acetylacetonate-ethylene Rh (acac) (CH 2 = CH 2 ) 2 , rhodium-
Benzoylacetonat-Ethylen Rh(C6H5-CO-CH-CO-CH3)(CH2=CH2)2 oder Rh(C6H5-CO-CH- CO-C6H5)(CH2=CH2)2. Am besten geeignet ist Rh(acac)(CH2=CH2)2. Diese Verbindung lässt sich nach der Rezeptur von R. Cramer aus Inorg. Synth. 1974, 15, 14 synthetisieren.Benzoylacetonate ethylene Rh (C 6 H5-CO-CH-CO-CH 3 ) (CH 2 = CH 2 ) 2 or Rh (C 6 H 5 -CO-CH-CO-C 6 H 5 ) (CH 2 = CH 2 ) 2 . Rh (acac) (CH 2 = CH 2 ) 2 is most suitable. This connection can be made according to the recipe by R. Cramer from Inorg. Synth. 1974, 15, 14 synthesize.
Einige Komplexe der allgemeinen Formel A oder B lassen sich durch Ethylen aktivieren. Die Leichtigkeit der Aktivierungsreaktion hängt entscheidend von der Natur des Liganden L1d ab. So konnte gezeigt werden, dass für den Fall, dass L1d ein Tetra- methylethylendiamin-Ligand ist, kein Aktivator erforderlich ist.Some complexes of the general formula A or B can be activated by ethylene. The ease of the activation reaction depends crucially on the nature of the ligand L 1 d. It could be shown that in the case that L 1 d is a tetramethylethylenediamine ligand, no activator is required.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Dispergiermittel können Emulgatoren oder Schutzkolloide sein.The dispersants used in the process according to the invention can be emulsifiers or protective colloids.
Geeignete Schutzkolloide sind beispielsweise Polyvinylalkohole, Polyalkylengiykole, Alkalimetallsalze von Polyacrylsäuren und Polymethacrylsäuren, Gelatinederivate oder Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäureanhydrid, 2-Acrylamido-2- methylpropansulfonsäure und/oder 4-Styrolsulfonsäure enthaltende Copolymerisate und deren Alkalimetallsalze aber auch N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam, N- Vinylcarbazol, 1 -Vinylimidazol, 2-Vinylimidazol, 2-Vinylpyridin, 4-Vinylpyridin, Acryla- mid, Methacrylamid, amingruppentragende Acrylate, Methacrylate, Acrylamide und/oder Methacrylamide enthaltende Homo- und Copolymerisate. Eine ausführliche Beschreibung weiterer geeigneter Schutzkolloide findet sich in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV/1 , Makromolekulare Stoffe, Georg-Thieme- Verlag, Stuttgart, 1961 , S. 411 bis 420. Es empfiehlt sich, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise auszugestalten, dass möglichst oberhalb der sogenannten kritischen Micellenkonzentration gearbeitet wird. Darunter versteht man die Emulgatorkonzentration, ab der sich in der wässrigen Lösung Micellen bilden. Auf diese Weise ist es möglich, den Polymerisationskatalysa- tor in eine Emulgatormicelle zu laden, wo dieser dann die angebotenen Monomere zu Polymerisaten umsetzt.Suitable protective colloids are, for example, polyvinyl alcohols, polyalkylene glycols, alkali metal salts of polyacrylic acids and polymethacrylic acids, gelatin derivatives or acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, copolymers containing vinyl-2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and / or 4-styrenesulfonic acid and their alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, also alkali metal nitrate, as well as their alkali metal nitrate, as well N- vinyl carbazole, 1-vinylimidazole, 2-vinylimidazole, 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, acrylamide, methacrylamide, amine group-bearing acrylates, methacrylates, acrylamides and / or methacrylamides containing homo- and copolymers. A detailed description of further suitable protective colloids can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Macromolecular Substances, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961, pp. 411 to 420. It is advisable to design the method according to the invention in such a way that work is carried out above the so-called critical micelle concentration, if possible. This is the emulsifier concentration from which micelles form in the aqueous solution. In this way, it is possible to load the polymerization catalyst into an emulsifier micelle, where it then converts the monomers on offer into polymers.
Selbstverständlich können auch Gemische aus Schutzkolloiden und/oder Emulgatoren eingesetzt werden. Häufig werden als Dispergiermittel ausschließlich Emulgatoren eingesetzt, deren relative Molekulargewichte im Unterschied zu den Schutzkolloiden üblicherweise unter 1000 liegen. Sie können sowohl anionischer, kationischer oder nichtionischer Natur sein. Selbstverständlich müssen im Falle der Verwendung von Gemischen grenzflächenaktiver Substanzen die Einzelkomponenten miteinander verträglich sein, was im Zweifelsfall an Hand weniger Vorversuche überprüft werden kann. Im allgemeinen sind anionische Emulgatoren untereinander und mit nichtionischen Emulgatoren verträglich. Desgleichen gilt auch für kationische Emulgatoren, während anionische und kationische Emulgatoren meistens nicht miteinander verträglich sind. Eine Übersicht geeigneter Emulgatoren findet sich in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XI V/1 , Makromolekulare Stoffe, Georg-Thieme- Verlag, Stuttgart, 1961 , S. 192 bis 208.Mixtures of protective colloids and / or emulsifiers can of course also be used. Often only emulsifiers are used as dispersants, whose relative molecular weights, in contrast to the protective colloids, are usually below 1000. They can be of anionic, cationic or nonionic nature. Of course, if mixtures of surface-active substances are used, the individual components must be compatible with one another, which can be checked in the case of doubt using a few preliminary tests. In general, anionic emulsifiers are compatible with one another and with nonionic emulsifiers. The same applies to cationic emulsifiers, while anionic and cationic emulsifiers are usually not compatible with one another. An overview of suitable emulsifiers can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XI V / 1, Macromolecular Substances, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961, pp. 192 to 208.
Erfindungsgemäß werden als Dispergiermittel insbesondere anionische, kationische und/oder nichtionische Emulgatoren eingesetzt.According to the invention, anionic, cationic and / or nonionic emulsifiers are used in particular as dispersants.
Gebräuchliche nichtionische Emulgatoren sind z.B. ethoxylierte Mono-, Di- und Tri- • Alkylphenole (EO-Grad: 3 bis 50, Alkylrest: C4 bis Cι2) sowie ethoxylierte Fettalkohole (EO-Grad: 3 bis 80; Alkylrest: C8 bis C36). Beispiele hierfür sind die Lutensol® A- Marken (C12C -Fettalkoholethoxylate, EO-Grad: 3 bis 8), Lutensol® AO-Marken (Cι3Ci5-Oxoalkoholethoxylate, EO-Grad: 3 bis 30), Lutensol® AT-Marken (C16d8- Fettalkoholethoxylate, EO-Grad: 11 bis 80), Lutensol® ON-Marken (C10-Common nonionic emulsifiers are, for example, ethoxylated mono-, di- and tri- alkylphenols (EO grade: 3 to 50, alkyl radical: C 4 to Cι 2 ) and ethoxylated fatty alcohols (EO degree: 3 to 80; alkyl radical: C 8 to C 36 ). Examples of this are the Lutensol® A brands (C 12 C fatty alcohol ethoxylates, EO grade: 3 to 8), Lutensol® AO brands (Cι 3 Ci 5 oxo alcohol ethoxylates, EO grade: 3 to 30), Lutensol® AT Brands (C 16 d 8 - fatty alcohol ethoxylates, EO grade: 11 to 80), Lutensol® ON brands (C 10 -
Oxoalkoholethoxylate, EO-Grad: 3 bis 11) und die Lutensol® TO-Marken (Cι3- Oxoalkoholethoxylate, EO-Grad: 3 bis 20) der Fa. BASF AG.Oxo alcohol ethoxylates, EO grade: 3 to 11) and the Lutensol® TO brands (Cι 3 - oxo alcohol ethoxylates, EO grade: 3 to 20) from BASF AG.
Übliche anionische Emulgatoren sind z.B. Alkalimetall- und Ammoniumsalze von Alkyi- sulfaten (Alkylrest: C8 bis Cι2), von Schwefelsäurehalbestern ethoxylierter Alkanole (EO-Grad: 4 bis 30, Alkylrest: Cι2 bis Cι8) und ethoxylierter Alkylphenole (EO-Grad: 3 bis 50, Alkylrest: C bis C 2), von Alkylsulfonsäuren (Alkylrest: C 2 bis Cι8) und von Al- kylarylsulfonsäuren (Alkylrest: C9 bis Cι8). Als weitere anionische Emulgatoren haben sich ferner Verbindungen der allgemeinen Formel (X)Typical anionic emulsifiers are, for example, alkali metal and ammonium salts of alkyl sulfates (alkyl radical: C 8 to C 2 ), of sulfuric acid semiesters of ethoxylated alkanols (EO degree: 4 to 30, alkyl radical: C 2 to C 8 ) and ethoxylated alkyl phenols (EO- Degree: 3 to 50, alkyl radical: C to C 2 ), of alkyl sulfonic acids (alkyl radical: C 2 to Cι 8 ) and of alkylarylsulfonic acids (alkyl radical: C 9 to Cι 8 ). Compounds of the general formula (X) have also proven to be further anionic emulsifiers:
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worin Ry und Rz H-Atome oder C4- bis C24-Alkyl bedeuten und nicht gleichzeitig H- Atome sind, und D1 und D2 Alkalimetallionen und/oder Ammoniumionen sein können, erwiesen. In der allgemeinen Formel (X) bedeuten Ry und RE bevorzugt lineare oder verzweigte Alkylreste mit 6 bis 18 C-Atomen, insbesondere mit 6, 12 und 16 C-Atomen oder Wasserstoff, wobei Ry und Rz nicht beide gleichzeitig H-Atome sind. D1 und D2 sind bevorzugt Natrium, Kalium oder Ammonium, wobei Natrium besonders bevorzugt ist. Besonders vorteilhaft sind Verbindungen (X), in denen D1 und D2 Natrium, Ry ein verzweigter Alkylrest mit 12 C-Atomen und Rz ein H-Atom oder Ry ist. Häufig werden technische Gemische verwendet, die einen Anteil von 50 bis 90 Gew.-% des monoal- kylierten Produktes aufweisen, wie beispielsweise Dowfax® 2A1 (Marke der Dow Chemical Company). Die Verbindungen (X) sind allgemein bekannt, z.B. aus US-A 4269 749, und im Handel erhältlich.wherein R y and R z represent H atoms or C 4 - to C 24 -alkyl and are not simultaneously H atoms, and D 1 and D 2 can be alkali metal ions and / or ammonium ions. In the general formula (X), R y and R E are preferably linear or branched alkyl radicals having 6 to 18 C atoms, in particular having 6, 12 and 16 C atoms or hydrogen, where R y and R z are not both H Atoms are. D 1 and D 2 are preferably sodium, potassium or ammonium, with sodium being particularly preferred. Compounds (X) in which D 1 and D 2 are sodium, R y is a branched alkyl radical having 12 C atoms and R z is an H atom or R y are particularly advantageous. Technical mixtures are frequently used which have a proportion of 50 to 90% by weight of the monoalkylated product, such as Dowfax® 2A1 (brand of the Dow Chemical Company). The compounds (X) are generally known, for example from US Pat. No. 4,269,749, and are commercially available.
Geeignete kationenaktive Emulgatoren sind in der Regel einen C6- bis Cι8-Alkyl-, - Alkylaryl- oder heterocyclischen Rest aufweisende primäre, sekundäre, tertiäre oder quartäre Ammoniumsalze, Alkanolammoniumsalze, Pyridiniumsalze, Imidazoliniumsal- ze, Oxazoliniumsalze, Morpholiniumsalze, Thiazoliniumsalze sowie Salze von Amin- oxiden, Chinoliniumsalze, Isochinoliniumsalze, Tropyliumsalze, Sulfoniumsalze und Phosphoniumsalze. Beispielhaft genannt seien Dodecylammoniumacetat oder das entsprechende Sulfat, die Sulfate oder Acetate der verschiedenen 2-(N,N,N- Trimethylammonium)ethylparaffinsäureester, N-Cetylpyridiniumsulfat, N- Laurylpyridiniumsulfat sowie N-Cetyl-N,N,N-trimethylammoniumsulfat, N-Dodecyl- N,N,N-trimethylammoniumsulfat, N-Octyl-N,N,N-trimethlyammoniumsulfat, N,N- Distearyl-N,N-dimethylammoniumsulfat sowie das Gemini-Tensid N,N'- (Lauryldimethyl)ethylendiamindisulfat, ethoxyliertes Talgfettalkyl-N- methylammoniumsulfat und ethoxyliertes Oleylamin (beispielsweise Uniperol® AC der Fa. BASF AG, ca. 12 Ethylenoxideinheiten). Zahlreiche weitere Beispiele finden sich in H. Stäche, Tensid-Taschenbuch, Carl-Hanser-Verlag, München, Wien, 1981 und in McCutcheon's, Emulsifiers & Detergents, MC Publishing Company, Glen Rock, 1989. Wesentlich ist, dass die anionischen Gegengruppen möglichst gering nucleophil sind, wie beispielsweise Perchlorat, Sulfat, Phosphat, Nitrat und Carboxylate, wie beispiels- weise Acetat, Trifluoracetat, Trichloracetat, Propionat, Oxalat, Citrat, Benzoat, sowie konjugierte Anionen von Organosulfonsäuren, wie zum Beispiel Methylsulf onat, Trifluormethylsulfonat und para-Toluolsulfonat, weiterhin Tetrafluoroborat, Tetraphenylborat, Tetrakis(pentafluorophenyl)borat, Tetrakis[bis(3,5-trifluormethyl)phenyI]borat, Hexaflu- orophosphat, Hexafluoroarsenat oder Hexafluoroantimonat.Suitable cationic emulsifiers are usually a C 6 - to -C 8 alkyl, - alkylaryl or heterocyclic radical having primary, secondary, tertiary or quaternary ammonium salts, alkanolammonium salts, pyridinium salts, imidazolinium salts, oxazolinium salts, morpholinium salts and thiazolinium salts Amine oxides, quinolinium salts, isoquinolinium salts, tropylium salts, sulfonium salts and phosphonium salts. Examples include dodecylammonium acetate or the corresponding sulfate, the sulfates or acetates of the various 2- (N, N, N-trimethylammonium) ethyl paraffinic acid esters, N-cetylpyridinium sulfate, N-laurylpyridinium sulfate and N-cetyl-N, N, N-trimethylammonium sulfate, N- Dodecyl-N, N, N-trimethylammonium sulfate, N-octyl-N, N, N-trimethlyammonium sulfate, N, N-distearyl-N, N-dimethylammonium sulfate as well as the gemini surfactant N, N'- (lauryldimethyl) ethylenediamine disulfate, ethoxylated tallow fatty alkyl -N-methylammonium sulfate and ethoxylated oleylamine (for example Uniperol® AC from BASF AG, approx. 12 ethylene oxide units). Numerous other examples can be found in H. Stächen, Tensid-Taschenbuch, Carl-Hanser-Verlag, Munich, Vienna, 1981 and in McCutcheon's, Emulsifiers & Detergents, MC Publishing Company, Glen Rock, 1989. It is essential that the anionic countergroups are as possible are low nucleophilic, such as perchlorate, sulfate, phosphate, nitrate and carboxylates, such as white acetate, trifluoroacetate, trichloroacetate, propionate, oxalate, citrate, benzoate, and conjugated anions of organosulfonic acids, such as, for example, methyl sulfonate, trifluoromethyl sulfonate and para-toluenesulfonate, furthermore tetrafluoroborate, tetraphenylborate (tetrakis), tetrakis (tetrakis), tetrakis (tetrakis, tetrakis (tetrakis, 5-trifluoromethyl) phenyl] borate, hexafluorophosphate, hexafluoroarsenate or hexafluoroantimonate.
Die als Dispergiermittel bevorzugt eingesetzten Emulgatoren werden vorteilhaft in einer Gesamtmenge von 0,005 bis 10 Gew.-Teilen, vorzugsweise 0,01 bis 7 Gew.- Teilen, insbesondere 0,1 bis 5 Gew.-Teilen, jeweils bezogen auf 100 Gew.-Teile der olefinisch ungesättigten Verbindungen, eingesetzt. Dabei wird die Emulgatormenge häufig so gewählt, dass innerhalb der wässrigen Phase die kritische Micellbil- dungskonzentration der verwendeten Emulgatoren im wesentlichen nicht überschritten wird.The emulsifiers which are preferably used as dispersants are advantageously used in a total amount of 0.005 to 10 parts by weight, preferably 0.01 to 7 parts by weight, in particular 0.1 to 5 parts by weight, based in each case on 100 parts by weight of the olefinically unsaturated compounds. The amount of emulsifier is frequently chosen so that the critical micelle formation concentration of the emulsifiers used is essentially not exceeded within the aqueous phase.
Die Gesamtmenge der als Dispergiermittel zusätzlich oder stattdessen eingesetzten Schutzkolloide beträgt oft 0,1 bis 10 Gew.-Teile und häufig 0,2 bis 7 Gew.-Teile, jeweils bezogen auf 100 Gew.-Teile der olefinisch ungesättigten Verbindungen.The total amount of protective colloids additionally or instead used as dispersants is often 0.1 to 10 parts by weight and often 0.2 to 7 parts by weight, based in each case on 100 parts by weight of the olefinically unsaturated compounds.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können optional auch gering in Wasser lösliche or- ganische Lösemittel eingesetzt werden. Geeignete Lösemittel sind flüssige aliphati- sche und aromatische Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 30 C-Atomen, wie beispielsweise n-Pentan und Isomere, Cyclopentan, n-Hexan und Isomere, Cyclohexan, n-Heptan und Isomere, n-Octan und Isomere, n-Nonan und Isomere, n-Decan und Isomere, n- Dodecan und Isomere, n-Tetradecan und Isomere, n-Hexadecan und Isomere, n- Octadecan und Isomere, Eicosan, Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Cumol, o-, m- oder p- Xylol, Mesitylen, sowie allgemein Kohlenwasserstoffgemische im Siedebereich von 30 bis 250°C. Ebenfalls einsetzbar sind Hydroxyverbindungen, wie gesättigte und ungesättigte Fettalkohole mit 10 bis 32 C-Atomen, beispielsweise n-Dodecanol, n- Tetradecanol, n-Hexadecanol und deren Isomeren oder Cetylalkohol, Cerylalkohol oder Myricylalkohol (Gemisch aus C30- und C3rAlkoholen) Ester, wie beispielsweise Fettsäureester mit 10 bis 32 C-Atomen im Säureteil und 1 bis 10 C-Atomen im Alkoholteil oder Ester aus Carbonsäuren und Fettalkoholen mit 1 bis 10 C-Atomen im Carbonsäureteil und 10 bis 32 C-Atomen im Alkoholteil. Selbstverständlich ist es auch möglich, Gemische vorgenannter Lösemittel einzusetzen.Organic solvents which are only slightly soluble in water can optionally be used in the process according to the invention. Suitable solvents are liquid aliphatic and aromatic hydrocarbons with 5 to 30 carbon atoms, such as n-pentane and isomers, cyclopentane, n-hexane and isomers, cyclohexane, n-heptane and isomers, n-octane and isomers, n- Nonane and isomers, n-decane and isomers, n-dodecane and isomers, n-tetradecane and isomers, n-hexadecane and isomers, n-octadecane and isomers, eicosane, benzene, toluene, ethylbenzene, cumene, o-, m- or p-xylene, mesitylene, and generally hydrocarbon mixtures in the boiling range from 30 to 250 ° C. Hydroxy compounds, such as saturated and unsaturated fatty alcohols having 10 to 32 carbon atoms, for example n-dodecanol, n-tetradecanol, n-hexadecanol and their isomers or cetyl alcohol, ceryl alcohol or myricyl alcohol (mixture of C 30 and C 3 alcohols) can also be used. Esters, such as fatty acid esters with 10 to 32 C atoms in the acid part and 1 to 10 C atoms in the alcohol part or esters from carboxylic acids and fatty alcohols with 1 to 10 C atoms in the carboxylic acid part and 10 to 32 C atoms in the alcohol part. Of course, it is also possible to use mixtures of the aforementioned solvents.
Die Lösemittelgesamtmenge beträgt bis zu 15 Gew.-Teilen, bevorzugt 0,001 bis 10 Gew.-Teilen und insbesondere bevorzugt 0,01 bis 5 Gew.-Teilen, jeweils bezogen auf 100 Gew.-Teile Wasser. Lösemittel werden insbesondere dann eingesetzt, wenn die olefinisch ungesättigten Verbindungen unter Reaktionsbedingungen (Druck/Temperatur) gasförmig sind, wie dies beispielsweise bei Ethen, Propen, 1 -Buten und/oder i-Buten der Fall ist.The total amount of solvent is up to 15 parts by weight, preferably 0.001 to 10 parts by weight and particularly preferably 0.01 to 5 parts by weight, in each case based on 100 parts by weight of water. Solvents are used in particular when the olefinically unsaturated compounds are gaseous under reaction conditions (pressure / temperature), as is the case, for example, with ethene, propene, 1-butene and / or i-butene.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst eine Lösung eines oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Dispergiermittel in Wasser herstellt und danach den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator in die wässrige Lösung des Dispergiermittels einbringt.The process according to the invention is characterized in that a solution of one or more of the dispersing agents described above is first prepared in water and then the water-insoluble polymerization catalyst is introduced into the aqueous solution of the dispersing agent.
Der wasserunlösliche Polymerisationskatalysator kann dabei entweder in fester Form oder vermengt mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel oder aber vermengt mit einer selbstdispergierenden ethylenisch ungesättigten Verbindung in die wässrige Lösung des Dispergiermittels eingebracht werden.The water-insoluble polymerization catalyst can be introduced into the aqueous solution of the dispersant either in solid form or mixed with a water-miscible solvent or mixed with a self-dispersing ethylenically unsaturated compound.
Falls der wasserunlösliche Polymerisationskatalysator als fester oder öliger Metallkomplex in die wässrige Lösung des Dispergiermittels eingebracht wird, empfiehlt es sich, dies bei Temperaturen von 0 bis 100°C, insbesondere von 20 bis 80°C und besonders bevorzugt bei 40 bis 60°C durchzuführen.If the water-insoluble polymerization catalyst is introduced as a solid or oily metal complex into the aqueous solution of the dispersant, it is advisable to do this at temperatures from 0 to 100 ° C., in particular from 20 to 80 ° C. and particularly preferably at 40 to 60 ° C.
Es ist auch möglich, den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator vor oder während des mechanischen Energieeintrages durch Umsetzung der entsprechenden Metallsalze mit den entsprechenden Liganden herzustellen (in-situ Herstellung).It is also possible to prepare the water-insoluble polymerization catalyst before or during the mechanical energy input by reacting the corresponding metal salts with the corresponding ligands (in-situ preparation).
Weiterhin kann der wasserunlösliche Polymerisationskatalysator vermengt mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel in die wässrige Lösung des Dispergiermittels eingebracht werden. Hierfür geeignete Lösungsmittel weisen eine Löslichkeit im wässrigen Reaktionsmedium von mindestens 50 Gew.-%, insbesondere von mindestens 60 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 70 Gew.-%, insbesondere von mindestens 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtlösemittelmenge, auf. Hierfür ge- eignete, mit Wasser mischbare Lösungsmittel sind u.a. Alkohole wie Methanol, Etha- nol, n- oder iso-Propanol, Butanol oder aber Polyethylenglykole, Aceton oder aber Tetrahydrofuran.Furthermore, the water-insoluble polymerization catalyst can be mixed with a water-miscible solvent and introduced into the aqueous solution of the dispersant. Solvents suitable for this have a solubility in the aqueous reaction medium of at least 50% by weight, in particular at least 60% by weight, particularly preferably at least 70% by weight, in particular at least 80% by weight, in each case based on the total amount of solvent , on. Suitable water-miscible solvents include: Alcohols such as methanol, ethanol, n- or iso-propanol, butanol or polyethylene glycols, acetone or tetrahydrofuran.
Darüber hinaus kann der wasserunlösliche Polymerisationskatalysator auch vermengt mit einer selbstdispergierenden, ethylenisch ungesättigten Verbindung in die wässrige Lösung des Dispergiermittels eingebracht werden. Hierfür geeignete selbstdispergie- rende, ethylenisch ungesättigte Verbindungen sind u.a. 10-Undecensäure, 3- Butensäure, 4-Pentensäure, 5-Hexensäure oder Styrol-4-sulfonsäure, oder 1-Butenol, 1-Pentenol, 1-Hexenol oder mit 1-20 Eo-Einheiten ethoxyliertes 1-Butenol, 1-Pentenol, 1-Hexenol. Im Anschluß daran erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Dispergierung des wasserunlöslichen Polymerisationskatalysators durch mechanischen Energieeintrag, vorzugsweise bei Temperaturen von 0 bis 100°C, insbesondere von 20 bis 80°C. Der mechanische Energieeintrag wird vorzugsweise mit Hilfe geeigneter Scherapparaturen, Homogenisatoren, Ultraschalleinheiten (Sonotroden) oder Rührvorrichtungen vorgenommen. Hierbei ist es auch möglich, mit Hilfe geeigneter Homogenisatoren, Ultraschalleinheiten oder anderer scherender Apparate aus der zunächst vorliegenden wässrigen Makroemulsion eine wässrige Miniemulsion herzustellen.In addition, the water-insoluble polymerization catalyst can also be mixed with a self-dispersing, ethylenically unsaturated compound in the aqueous solution of the dispersant. Suitable self-dispersing, ethylenically unsaturated compounds include 10-undecenoic acid, 3-butenoic acid, 4-pentenoic acid, 5-hexenoic acid or styrene-4-sulfonic acid, or 1-butenol, 1-pentenol, 1-hexenol or with 1-20 Eo units ethoxylated 1-butenol, 1-pentenol, 1-hexenol. Subsequently, the water-insoluble polymerization catalyst is dispersed by mechanical energy input, preferably at temperatures from 0 to 100 ° C., in particular from 20 to 80 ° C., using the process according to the invention. The mechanical energy input is preferably carried out with the aid of suitable shearers, homogenizers, ultrasonic units (sonotrodes) or stirring devices. It is also possible here to use suitable homogenizers, ultrasound units or other shearing devices to produce an aqueous mini-emulsion from the aqueous macroemulsion initially present.
Die allgemeine Herstellung von wässrigen Miniemulsionen aus wässrigen Makroemulsionen ist dem Fachmann bekannt (vgl. P.L. Tang, E.D. Sudol, CA. Silebi und M.S. El- Aasser in Journal of Applied Polymer Science, Vol. 43, S. 1059 bis 1066 [1991]).The general production of aqueous mini-emulsions from aqueous macroemulsions is known to the person skilled in the art (cf. PL Tang, ED Sudol, CA. Silebi and MS El-Aasser in Journal of Applied Polymer Science, Vol. 43, pp. 1059 to 1066 [1991]) ,
Zu diesem Zweck können beispielsweise Hochdruckhomogenisatoren angewendet werden. Die Feinverteilung der Komponenten wird in diesen Maschinen durch einen hohen lokalen Energieeintrag erzielt. Zwei Varianten haben sich diesbezüglich besonders bewährt.High-pressure homogenizers, for example, can be used for this purpose. The fine distribution of the components in these machines is achieved through a high local energy input. Two variants have proven particularly useful in this regard.
Bei der ersten Variante wird die wässrige Makroemulsion über eine Kolbenpumpe auf über 1000 bar verdichtet und anschließend durch einen engen Spalt entspannt. Die Wirkung beruht hier auf einem Zusammenspiel von hohen Scher- und Druckgradienten und Kavitation im Spalt. Ein Beispiel für einen Hochdruckhomogenisator, der nach diesem Prinzip funktioniert, ist der Niro-Soavi Hochdruckhomogenisator Typ NS1001 L Panda.In the first variant, the aqueous macroemulsion is compressed to over 1000 bar using a piston pump and then expanded through a narrow gap. The effect here is based on an interaction of high shear and pressure gradients and cavitation in the gap. An example of a high-pressure homogenizer that works on this principle is the Niro-Soavi high-pressure homogenizer type NS1001 L Panda.
Bei der zweiten Variante wird die verdichtete wässrige Makroemulsion über zwei gegeneinander gerichtete Düsen in eine Mischkammer entspannt. Die Feinverteilungs- wirkung ist hier vor allem von den hydrodynamischen Verhältnissen in der Mischkam- mer abhängig. Ein Beispiel für diesen Homogenisatortyp ist der Microfluidizer Typ M 120 E der Microfluidics Corp. In diesem Hochdruckhomogenisator wird die wässrige Makroemulsion mittels einer pneumatisch betriebenen Kolbenpumpe auf Drücke von bis zu 1200 atm komprimiert und über eine sogenannte "interaction chamber" entspannt. In der "interaction chamber" wird der Emulsionsstrahl in einem Mikrokanalsys- tem in zwei Strahlen aufgeteilt, die unter einem Winkel von 180° aufeinandergef ührt werden. Ein weiteres Beispiel für einen nach dieser Homogenisierungsart arbeitenden Homogenisator ist der Nanojet Typ Expo der Nanojet Engineering GmbH. Allerdings sind beim Nanojet anstatt eines festen Kanalsystems zwei Homogenisierventile eingebaut, die mechanisch verstellt werden können. Neben den zuvor erläuterten Prinzipien kann die Homogenisierung aber z.B. auch durch Anwendung von Ultraschall (z.B. Branson Sonifier II 450) erfolgen. Die Feinverteilung beruht hier auf Kavitationsmechanismen. Für die Homogenisierung mittels Ultraschall sind grundsätzlich auch die in der GB-A 2250 930 und der US-A 5,108,654 beschriebenen Vorrichtungen geeignet. Die Qualität der im Schallfeld erzeugten wässrigen Miniemulsion hängt dabei nicht nur von der eingebrachten Schallleistung, sondern auch noch von anderen Faktoren, wie z. B. der Intensitätsverteilung des Ultraschalls in der Mischkammer, der Verweilzeit, der Temperatur und den physikalischen Eigenschaften der zu emulgierenden Stoffe, beispielsweise von der Zähigkeit, der Grenzflächenspannung und dem Dampfdruck ab. Die resultierende Tröpfchengröße hängt dabei u.a. von der Konzentration des Emulgators sowie von der bei der Homogenisierung eingetragenen Energie ab und ist daher z.B. durch entsprechende Veränderung des Homogenisierungsdrucks bzw. der entsprechenden Ultraschallenergie gezielt einstellbar.In the second variant, the compressed aqueous macroemulsion is expanded into a mixing chamber via two opposing nozzles. The fine distribution effect depends above all on the hydrodynamic conditions in the mixing chamber. An example of this type of homogenizer is the M 120 E microfluidizer from Microfluidics Corp. In this high-pressure homogenizer, the aqueous macroemulsion is compressed to a pressure of up to 1200 atm by means of a pneumatically operated piston pump and expanded via a so-called "interaction chamber". In the "interaction chamber", the emulsion jet is divided into two jets in a microchannel system, which are brought together at an angle of 180 °. Another example of a homogenizer working according to this type of homogenization is the Nanojet type Expo from Nanojet Engineering GmbH. However, instead of a fixed duct system, two homogenizing valves are installed in the Nanojet, which can be adjusted mechanically. In addition to the principles explained above, homogenization can also be carried out, for example, by using ultrasound (eg Branson Sonifier II 450). The fine distribution here is based on cavitation mechanisms. The devices described in GB-A 2250 930 and US-A 5,108,654 are in principle also suitable for homogenization by means of ultrasound. The quality of the aqueous miniemulsion generated in the sound field depends not only on the sound power introduced, but also on other factors such as e.g. B. the intensity distribution of ultrasound in the mixing chamber, the residence time, the temperature and the physical properties of the substances to be emulsified, for example on the toughness, the interfacial tension and the vapor pressure. The resulting droplet size depends, inter alia, on the concentration of the emulsifier and on the energy introduced during the homogenization and can therefore be set in a targeted manner, for example by changing the homogenization pressure or the corresponding ultrasound energy.
Für die Herstellung einer wässrigen Miniemulsion aus konventionellen Makroemulsionen mittels Ultraschall hat sich insbesondere die in der DE-A 19756874 beschriebene Vorrichtung bewährt. Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung, die einen Reaktionsraum oder einen Durchflussreaktionskanal und wenigstens ein Mittel zum Übertra- gen von Ultraschallwellen auf den Reaktionsraum bzw. den Durchflussreaktionskanal aufweist, wobei das Mittel zum Übertragen von Ultraschallwellen so ausgestaltet ist, dass der gesamte Reaktionsraum, bzw. der Durchflussreaktionskanal in einem Teilabschnitt, gleichmäßig mit Ultraschallwellen bestrahlt werden kann. Zu diesem Zweck ist die Abstrahlfläche des Mittels zum Übertragen von Ultraschallwellen so ausgestaltet, dass sie im wesentlichen der Oberfläche des Reaktionsraums entspricht bzw., wenn der Reaktionsraum ein Teilabschnitt eines Durchfluss-Reaktionskanals ist, sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Kanals erstreckt, und dass die zu der Abstrahlfläche im wesentlichen senkrechte Tiefe des Reaktionsraums geringer als die maximale Wirkungstiefe der Ultraschallübertragungsmittel ist.The device described in DE-A 19756874 has proven particularly useful for producing an aqueous miniemulsion from conventional macroemulsions by means of ultrasound. This is a device which has a reaction space or a flow-through reaction channel and at least one means for transmitting ultrasound waves to the reaction space or the flow-through reaction channel, the means for transmitting ultrasound waves being designed in such a way that the entire reaction space or the flow-through reaction channel can be irradiated uniformly with ultrasonic waves in one section. For this purpose, the radiation surface of the means for transmitting ultrasound waves is designed such that it substantially corresponds to the surface of the reaction space or, if the reaction space is a section of a flow-through reaction channel, extends essentially over the entire width of the channel, and that the depth of the reaction space, which is essentially perpendicular to the radiation surface, is less than the maximum depth of action of the ultrasound transmission means.
Unter dem Begriff "Tiefe des Reaktionsraums" versteht man hier im wesentlichen den Abstand zwischen der Abstrahlfläche des Ultraschallübertragungsmittels und dem Boden des Reaktionsraums.The term “depth of the reaction space” here essentially means the distance between the radiation surface of the ultrasound transmission means and the bottom of the reaction space.
Bevorzugt werden Reaktionsraumtiefen bis zu 100 mm. Vorteilhaft sollte die Tiefe des Reaktionsraums nicht mehr als 70 mm und besonders vorteilhaft nicht mehr als 50 mm betragen. Die Reaktionsräume können prinzipiell auch eine sehr geringe Tiefe aufweisen, jedoch sind im Hinblick auf eine möglichst geringe Verstopfungsgefahr und eine leichte Reinigbarkeit sowie einen hohen Produktdurchsatz Reaktionsraumtiefen bevor- zugt, die wesentlich größer als beispielsweise die üblichen Spalthöhen bei Hochdruck- homogenisatoren sind und meist über 10 mm betragen. Die Tiefe des Reaktionsraums ist vorteilhafterweise veränderbar, beispielsweise durch unterschiedlich tief in das Gehäuse eintauchenden Ultraschallübertragungsmittel.Reaction chamber depths of up to 100 mm are preferred. The depth of the reaction space should advantageously not be more than 70 mm and particularly advantageously not more than 50 mm. The reaction spaces can in principle also have a very small depth, but in view of the lowest possible risk of clogging and easy cleanability and a high product throughput, reaction space depths are preferred which are considerably larger than, for example, the usual gap heights at high pressure are homogenizers and are usually over 10 mm. The depth of the reaction space can advantageously be changed, for example by means of ultrasound transmission means immersed in the housing at different depths.
Gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Vorrichtung entspricht die Abstrahlfläche des Mittels zum Übertragen von Ultraschall im wesentlichen der Oberfläche des Reaktionsraums. Diese Ausführungsform dient zum absatzweisen Herstellen von Miniemulsionen. Mit dieser Vorrichtung kann Ultraschall auf den gesamten Reaktionsraum einwirken. Im Reaktionsraum wird durch den axialen Schallstrahlungsdruck eine turbulen- te Strömung erzeugt, die eine intensive Quervermischung bewirkt.According to a first embodiment of this device, the radiation area of the means for transmitting ultrasound corresponds essentially to the surface of the reaction space. This embodiment is used for batch production of mini emulsions. With this device, ultrasound can act on the entire reaction space. A turbulent flow is generated in the reaction space by the axial sound radiation pressure, which causes intensive cross-mixing.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist eine derartige Vorrichtung eine Durchflusszelle auf. Dabei ist das Gehäuse als Durchfluss-Reaktionskanal ausgebildet, der einen Zufluss und einen Abfluss aufweist, wobei der Reaktionsraum ein Teilabschnitt des Durchflussreaktionskanals ist. Die Breite des Kanals ist die im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende Kanalausdehnung. Hierin überdeckt die Abstrahlfläche die gesamte Breite des Strömungskanals quer zur Strömungsrichtung. Die zu dieser Breite senkrechte Länge der Abstrahlfläche, das heißt die Länge der Abstrahlfläche in Strömungsrichtung, definiert den Wirkungsbereich des Ultraschalls. Gemäß einer vorteilhaften Varianten dieser ersten Ausführungsform, hat der Durchfluss-Reaktionskanal einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Wird in einer Seite des Rechtecks ein ebenfalls rechteckiges Ultraschallübertragungsmittel mit entsprechenden Abmessungen eingebaut, so ist eine besonders wirksame und gleichmäßige Beschallung gewährleistet. Aufgrund der im Ultraschallfeld herrschenden turbu- lenten Strömungsverhältnisse, kann jedoch auch beispielsweise ein rundes Übertragungsmittel ohne Nachteile eingesetzt werden. Außerdem können anstelle eines einzigen Ultraschallübertragungsmittels mehrere separate Übertragungsmittel angeordnet werden, die in Strömungsrichtung gesehene hintereinander geschaltet sind. Dabei können sowohl die Abstrahlflächen als auch die Tiefe des Reaktionsraums, das heißt der Abstand zwischen der Abstrahlfläche und dem Boden des Durchflusskanals variieren.According to a second embodiment, such a device has a flow cell. The housing is designed as a flow-through reaction channel, which has an inflow and an outflow, the reaction space being a partial section of the flow-through reaction channel. The width of the channel is the channel extension which is essentially perpendicular to the direction of flow. The radiation area covers the entire width of the flow channel transverse to the direction of flow. The length of the radiation surface perpendicular to this width, that is to say the length of the radiation surface in the direction of flow, defines the effective range of the ultrasound. According to an advantageous variant of this first embodiment, the flow-through reaction channel has an essentially rectangular cross section. If a likewise rectangular ultrasound transmission medium with corresponding dimensions is installed in one side of the rectangle, a particularly effective and uniform sound system is guaranteed. Due to the turbulent flow conditions prevailing in the ultrasonic field, however, a round transmission means can also be used without disadvantages, for example. In addition, instead of a single ultrasound transmission means, a plurality of separate transmission means can be arranged, which are connected in series as seen in the flow direction. Both the radiation surfaces and the depth of the reaction space, that is to say the distance between the radiation surface and the bottom of the flow channel, can vary.
Besonders vorteilhaft ist das Mittel zum Übertragen von Ultraschallwellen als Sonotro- de ausgebildet, deren der freien Abstrahlfläche abgewandtes Ende mit einem Ultra- schallwandler gekoppelt ist. Die Ultraschallwellen können beispielsweise durch Ausnutzung des umgekehrten piezoelektrischen Effekts erzeugt werden. Dabei werden mit Hilfe von Generatoren hochfrequente elektrische Schwingungen (üblicherweise im Bereich von 10 bis 100 kHz, vorzugsweise zwischen 20 und 40 kHz) erzeugt, über einen piezoelektrischen Wandler in mechanische Schwingungen gleicher Frequenz umgewandelt und mit der Sonotrode als Übertragungselement in das zu beschallende Medium eingekoppelt.The means for transmitting ultrasound waves is particularly advantageously designed as a sonotrode, whose end facing away from the free radiation surface is coupled to an ultrasound transducer. The ultrasonic waves can be generated, for example, by utilizing the reverse piezoelectric effect. With the help of generators, high-frequency electrical vibrations (usually in the range from 10 to 100 kHz, preferably between 20 and 40 kHz) are generated by means of a piezoelectric transducer into mechanical vibrations of the same frequency converted and coupled with the sonotrode as a transmission element in the medium to be sonicated.
Besonders bevorzugt ist die Sonotrode als stabförmiger, axial abstrahlender λ/2(bzw. Vielfache von λ/2)-Längsschwinger ausgebildet.The sonotrode is particularly preferably designed as a rod-shaped, axially radiating λ / 2 (or multiple of λ / 2) longitudinal oscillators.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung derartiger Vorrichtungen sind im Reaktionsraum Einbauten zur Verbesserung des Durchströmungs- und Durchmischungsverhaltens vorgesehen. Bei diesen Einbauten kann es sich beispielsweise um einfache Ablenkplatten oder unterschiedlichste, poröse Körper handeln.According to a further advantageous embodiment of such devices, baffles are provided in the reaction space to improve the flow and mixing behavior. These internals can be, for example, simple deflection plates or a wide variety of porous bodies.
Im Bedarfsfall kann die Vermischung außerdem durch ein zusätzliches Rührwerk weiter intensiviert werden. Vorteilhafterweise ist der Reaktionsraum temperierbar.If necessary, the mixing can also be further intensified by an additional agitator. The reaction space can advantageously be temperature-controlled.
In der nach der Dispergierung des wasserunlöslichen Polymerisationskatalysators erhaltenen wässrigen Dispersion wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Polymerisation von einer oder mehrerer ethylenisch ungesättigten Verbindungen durchgeführt. Falls die Polymerisation zu Polyketondispersionen führen soll, so ist es erforderlich, die ethylenisch ungesättigte Verbindung zusammen mit Kohlenmonoxid zu polymerisieren. Dabei sollte der Partialdruck des Kohlenmonoxids im allgemeinen im Bereich von 1 bis 300 bar, insbesondere im Bereich von 1 bis 80 bar liegen. Dabei wird der Polymerisationsreaktor üblicherweise vor dem Aufpressen mit Kohlenmonoxid durch Spülen mit Kohlenmonoxid, ethylenisch ungesättigten Verbindungen oder Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon inertisiert.In the aqueous dispersion obtained after the dispersion of the water-insoluble polymerization catalyst, polymerization of one or more ethylenically unsaturated compounds is carried out by the process according to the invention. If the polymerization should lead to polyketone dispersions, it is necessary to polymerize the ethylenically unsaturated compound together with carbon monoxide. The partial pressure of carbon monoxide should generally be in the range from 1 to 300 bar, in particular in the range from 1 to 80 bar. The polymerization reactor is usually rendered inert before being pressed on with carbon monoxide by flushing with carbon monoxide, ethylenically unsaturated compounds or inert gas, for example nitrogen or argon.
Die Polymerisationstemperatur wird im allgemeinen in einen Bereich von 0 bis 120°C, insbesondere in einem Bereich von 20 bis 100°C und besonders bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 80°C eingestellt.The polymerization temperature is generally set in a range from 0 to 120 ° C., in particular in a range from 20 to 100 ° C. and particularly preferably in a range from 40 to 80 ° C.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in den üblichen, in der Technik verwendeten Polymerisationsapparaturen durchgeführt werden, vorzugsweise in Rührreaktoren, Autoklaven, insbesondere Hochdruckautoklaven, sowie in kontinuierlichen Rohrreaktoren oder in sogenannten Blasensäulen, die auch als Kaskade geschaltet sein können.The process according to the invention can be carried out in the customary polymerization apparatus used in industry, preferably in stirred reactors, autoclaves, in particular high-pressure autoclaves, and in continuous tubular reactors or in so-called bubble columns, which can also be connected as a cascade.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Polymerisate weisen Molmassen (Gewichtsmittel), bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie und 1 ,1 ,1 ,3,3,3-Hexafluoro-2-propanol als Lösungsmittel, auf, die im Bereich von 1000 bis 1000000, häufig im Bereich von 1500 bis 800000 und insbesondere im Bereich von 2000 bis 600000 liegen. Bei den nach den erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls zugänglichen Polyketonen handelt es sich, wie 13C- bzw. 1H-NMR-spektroskopische Untersuchungen belegen, in der Regel um lineare, alternierende Kohlenmonoxidcopolymerisatverbindungen. Hierunter sind Copolymerisatverbindungen zu verstehen, bei welchen in der Polymerkette auf jede Kohlenmonoxideinheit eine aus der olefinischen Doppelbindung der wenigstens einen olefinisch ungesättigten Verbindung herrührende -CH2-CH2-, -CH2-CH- oder -CH-CH-Einheit und auf jede -CH2-CH2-, -CH2-CH- oder -CH-CH-Einheit eine Kohlenmonoxideinheit folgt. Insbesondere ist das Verhältnis von Kohlenmonoxideinheiten zu - CH2-CH2-, -CH2-CH- oder -CH-CH-Einheiten in der Regel von 0,9 zu 1 bis 1 zu 0,9, häufig von 0,95 zu 1 bis 1 zu 0,95 und oft von 0,98 zu 1 bis 1 zu 0,98.The polymers obtained by the process according to the invention have molar masses (weight average), determined by means of gel permeation chromatography and 1, 1, 1, 3,3,3-hexafluoro-2-propanol as solvent, which are in the range from 1000 to 1,000,000, frequently in the range from 1500 to 800000 and in particular in the range from 2000 to 600000. The polyketones which are likewise accessible by the processes according to the invention are, as 13 C or 1 H NMR spectroscopic studies show, generally linear, alternating carbon monoxide copolymer compounds. These are to be understood as copolymer compounds in which in the polymer chain on each carbon monoxide unit a -CH 2 -CH 2 -, -CH 2 -CH- or -CH-CH unit originating from the olefinic double bond of the at least one olefinically unsaturated compound and on each -CH 2 -CH 2 -, -CH 2 -CH- or -CH-CH unit is followed by a carbon monoxide unit. In particular, the ratio of carbon monoxide units to - CH 2 -CH 2 -, -CH 2 -CH- or -CH-CH units is generally from 0.9 to 1 to 1 to 0.9, frequently from 0.95 to 1 to 1 to 0.95 and often from 0.98 to 1 to 1 to 0.98.
Durch gezielte Variation der olefinisch ungesättigten Verbindungen ist es u.a. möglich, Polymerisate herzustellen, deren Glasübergangstemperatur bzw. Schmelzpunkt im Bereich von -60 bis 270°C liegt.Through targeted variation of the olefinically unsaturated compounds it is among other things possible to produce polymers whose glass transition temperature or melting point is in the range from -60 to 270 ° C.
Mit der Glasübergangstemperatur Tg, ist der Grenzwert der Glasübergangstemperatur gemeint, dem diese gemäß G. Kanig (Kolloid-Zeitschrift & Zeitschrift für Polymere, Bd. 190, S. 1, Gleichung 1) mit zunehmendem Molekulargewicht zustrebt. Die Giasüber- gangstemperatur wird nach dem DSC-Verfahren ermittelt (Differential Scanning Calo- rimetry, 20 K/min, midpoint-Messung, DIN 53765).The glass transition temperature T g means the limit value of the glass transition temperature which, according to G. Kanig (Kolloid-Zeitschrift & Zeitschrift fur Polymer, Vol. 190, p. 1, equation 1), strives with increasing molecular weight. The glass transition temperature is determined using the DSC method (differential scanning calorimetry, 20 K / min, midpoint measurement, DIN 53765).
Nach Fox (T.G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1956 [Ser. II] 1 , S. 123 und gemäß Ull- mann's Encyclopädie der technischen Chemie, Bd. 19, S. 18, 4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim, 1980) gilt für die Glasübergangstemperatur von höchstens schwach vernetzten Mischpolymerisaten in guter Näherung:After Fox (TG Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1956 [Ser. II] 1, p. 123 and according to Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry, Vol. 19, p. 18, 4th edition, Verlag Chemie, Weinheim, 1980) applies to the glass transition temperature of at most weakly cross-linked copolymers in good approximation:
1/Tg = X1/Tg + X^g2 + .... x7Tg n,1 / T g = X 1 / Tg + X ^ g 2 + .... x7T g n ,
wobei x1, x2, .... xπ die Massenbrüche der Monomeren 1 , 2, .... n und Tg 1, Tg 2, .... Tg n die Glasübergangstemperaturen der jeweils nur aus einem der Monomeren 1 , 2, .... n aufgebauten Polymerisaten in Grad Kelvin bedeuten. Die Tg-Werte für die Homopolymeri- sate der meisten Monomeren sind bekannt und z.B. in Ullmann's Ecyclopedia of Indus- trial Chemistry, Bd. 5, Vol. A21, S. 169, VCH Weinheim, 1992, aufgeführt; weitere Quellen für Glasübergangstemperaturen von Homopolymerisaten bilden z.B. J. Brandrup, E.H. Immergut, Polymer Handbook, 1st Ed., J. Wiley, New York 1966, 2nd Ed. J.Wiley, New York 1975, und 3rd Ed. J. Wiley, New York 1989).where x 1 , x 2 , .... x π are the mass fractions of the monomers 1, 2, .... n and T g 1 , T g 2 , .... T g n are the glass transition temperatures of only one of the Monomers 1, 2, .... n built up polymers in degrees Kelvin. The T g values for the homopolymers of most monomers are known and are listed, for example, in Ullmann's Ecyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 5, Vol. A21, p. 169, VCH Weinheim, 1992; further sources for glass transition temperatures of homopolymers are, for example, J. Brandrup, EH Immergut, Polymer Handbook, 1 st Ed., J. Wiley, New York 1966, 2 nd Ed. J. Wiley, New York 1975, and 3 rd Ed. J. Wiley, New York 1989).
Die ebenfalls erfindungsgemäßen Polymerisatdispersionen weisen häufig Mindestfilm- bildetemperaturen MFT < 80°C, oft < 50°C oder < 30°C auf. Da die MFT unterhalb 0°C nicht mehr messbar ist, kann die untere Grenze der MFT nur durch die Tg-Werte angegeben werden. Die Bestimmung der MFT erfolgt nach DIN 53787.The polymer dispersions likewise according to the invention frequently have minimum film-forming temperatures MFT <80 ° C., often <50 ° C. or <30 ° C. Since the MFT is below 0 ° C is no longer measurable, the lower limit of the MFT can only be given by the T g values. The MFT is determined in accordance with DIN 53787.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind wässrige Polymerisatdispersionen zu- gängiich, deren Feststoffanteil 0,1 bis 70 Gew.-%, häufig 1 bis 65 Gew.-% und oft 5 bis 60 Gew.-% und alle Werte dazwischen beträgt.The process according to the invention makes it possible to obtain aqueous polymer dispersions whose solids content is 0.1 to 70% by weight, often 1 to 65% by weight and often 5 to 60% by weight and all values in between.
Selbstverständlich können die nach Abschluß der Hauptpolymerisationsreaktion im wässrigen Polymerisatsystem verbliebenen Restmonomeren durch Dampf- und/oder Inertgasstrippung entfernt werden, ohne dass sich die Polymereigenschaften der im wässrigen Medium vorliegenden Copolymerisate nachteilig verändern.Of course, the residual monomers remaining in the aqueous polymer system after completion of the main polymerization reaction can be removed by steam and / or inert gas stripping without adversely affecting the polymer properties of the copolymers present in the aqueous medium.
Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zugänglichen, ebenfalls erfindungsgemäßen wässrigen Polymerisatdispersionen können neben dem Polymerisat als wei- tere Komponenten beispielsweise Formulierungshilfsmittel, Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, Farbstoffe, Pigmente, sowie Wachse oder aber Rheologiemodifier oder andere Polymerisatdispersionen enthalten.The aqueous polymer dispersions which are also accessible with the aid of the process according to the invention can contain, in addition to the polymer, as further components, for example formulation auxiliaries, antioxidants, light stabilizers, dyes, pigments, and waxes or else rheology modifiers or other polymer dispersions.
Die ebenfalls erfindungsgemäßen wässrigen Polymerisatdispersionen sind häufig über mehrere Wochen oder Monate stabil und zeigen während dieser Zeit in der Regel praktisch keinerlei Phasenseparierung, Abscheidungen oder Koagulatbildung. Sie eignen sich vorzüglich insbesondere als Bindemittel für Papieranwendungen wie Papier- streicherei oder Oberflächenleimung, für Anstrichlacke, Klebrohstoffe, Formschäume wie beispielsweise Matratzen, Textil- und Lederapplikationen, Teppichrückenbeschich- tungen oder pharmazeutische Anwendungen, sowie als Zuschlagsstoffe in Poly- merblends oder in Baustoffen.The aqueous polymer dispersions which are likewise according to the invention are frequently stable over several weeks or months and generally show virtually no phase separation, deposition or coagulum formation during this time. They are particularly suitable as binders for paper applications such as paper coating or surface sizing, for paint varnishes, adhesive raw materials, molded foams such as mattresses, textile and leather applications, carpet backing or pharmaceutical applications, and as additives in polymer blends or in building materials.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können wässrige Polymerisatdispersionen ohne großen technischen Aufwand leicht und mit einer hohen Produktivität herge- stellt werden. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass auch synthetisch einfache, wasserlösliche Polymerisationskatalysatoren ebenfalls zur Herstellung von wässrigen Polymerisatdispersionen eingesetzt werden können.With the aid of the method according to the invention, aqueous polymer dispersions can be prepared easily and with high productivity without great technical outlay. In addition, the process according to the invention has the advantage that synthetically simple, water-soluble polymerization catalysts can also be used for the preparation of aqueous polymer dispersions.
BeispieleExamples
A. Allgemeine BestimmungsmethodenA. General methods of determination
NMR-Spektren wurden auf einem Bruker ARX 300 (13C: 75 MHz) oder auf einem Bru- ker Avance 200 (31P: 81 MHz) aufgenommen. 13C{1H}NMR chemische Verschiebungen wurden gegen Deuterolbenzol kalibriert und auf TMS als Referenz bezogen. 13C-NMR- Spektren der Co- und Terpolymere wurden in 1 ,1 ,1 ,3,3,3-Hexafluoro-2-propanol als Lösungsmittel gemessen. Die Gelpermeationschromatographie (GPC) erfolgte in 1 ,1,1 ,3,3,3-Hexafluoro-2-propanol bei 40°C mit PL HFIP-Säulen gegen Polymethyl- methacrylat Standard. Dynamische Lichtstreuung an verdünnten Dispersionen erfolgte mittels eines Malvern Particle Sizers. Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) wurde an einem LEO 912 Omega Mikrokop bei 12 kV Beschleunigungsspannung durchgeführt. Differential Scanning Calorimetry (DSC) Daten wurden im zweiten Aufheizzyklus bei 10 K min"1 ermittelt.NMR spectra were recorded on a Bruker ARX 300 ( 13 C: 75 MHz) or on a Bruker Avance 200 ( 31 P: 81 MHz). 13 C { 1 H} NMR chemical shifts were calibrated against deuterolbenzene and referenced to TMS. 13 C NMR Spectra of the copolymers and terpolymers were measured in 1, 1, 1, 3,3,3-hexafluoro-2-propanol as a solvent. Gel permeation chromatography (GPC) was carried out in 1, 1,1, 3,3,3-hexafluoro-2-propanol at 40 ° C with PL HFIP columns against polymethyl methacrylate standard. Dynamic light scattering on dilute dispersions was carried out using a Malvern Particle Sizer. Transmission electron microscopy (TEM) was performed on a LEO 912 Omega microscope at 12 kV acceleration voltage. Differential scanning calorimetry (DSC) data were determined in the second heating cycle at 10 K min "1 .
B. Herstellung der PolymerisatdispersionenB. Preparation of the polymer dispersions
In den nachfolgenden Beispielen 1 bis 13 wurden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum einen wässrige Dispersionen auf Basis von Copolymerisaten aus E- thylen und Kohlenmonoxid (Beispiele 1 bis 4) und zum anderen wässrige Dispersionen auf Basis von Terpolymerisaten aus Ethylen, Kohlenmonoxid und Undecensäure (Beispiel 5 bis 13) hergestellt. Dabei wurde zunächst jeweils eine Lösung eines Emulgators in Wasser zubereitet, danach wurde der jeweils verwendete Katalysator entweder in fester Form (Beispiele 2-4) oder aber solubilisiert in einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel (Beispiele 5) oder aber vermischt mit einem selbstdispergierenden Ole- fin (Beispiele 12-14) in die wässrige Lösung des Emulgators eingebracht. Danach erfolgte jeweils eine Homogenisierung mit Ultraschall und im Anschluß daran die eigentliche Polymerisation.In Examples 1 to 13 below, using the process according to the invention, aqueous dispersions based on copolymers of ethylene and carbon monoxide (Examples 1 to 4) and aqueous dispersions based on terpolymers of ethylene, carbon monoxide and undecenoic acid (Example 5 to 13). A solution of an emulsifier in water was first prepared, then the catalyst used was either in solid form (Examples 2-4) or solubilized in a water-miscible solvent (Examples 5) or mixed with a self-dispersing olefin (Examples 12-14) introduced into the aqueous solution of the emulsifier. This was followed by homogenization with ultrasound and then the actual polymerization.
Arten der PolymerisationTypes of polymerization
I. MiniemulsionI. Mini emulsion
Die Polymerisation wurde in einem mechanisch gerührten 250 ml Druckreaktor mit Doppelmantel durchgeführt. Die Reaktionstemperatur wurde über einen in das Reakti- onsgemisch eintauchenden Thermofühler kontrolliert. Das Volumen der Reaktionsmischung betrug 100 ml. Für die in situ Katalysator-Miniemulsion wurden Palladiumace- tat und 1 ,3-Bis(diphenylphosphino)propan (DPPP) getrennt in wenig Toluol bzw. in Toluol/Undecensäure gelöst und zu einer gelben Lösung vereinigt. Im Falle der Terpo- lymerisation wurde der Katalysator-Precursor-Komplex 1 ,3- Bis(diphenylphosphino)propanpalladium(ll)diacetat [(DPPP)Pd(Oac)2] in Undecensäure gelöst. Nach der Zugabe von Hexadecan wurde die Katalysator-Lösung zu der wässrigen Emulgator-Lösung gegeben, die p-Toluolsulfonsäure enthielt. Die Homogenisierung erfolgte durch Ultraschallbehandlung (Bandelin HD2200 mit KE76 Spitze; 2 min bei 120 W). Die erhaltenen Miniemulsionen wurden in den Reaktor überführt und ein Druck von 40 bar (Ethylen/Kohlenmonoxid 1 :1) angelegt. Anschließend wurde un- ter Rühren (1000 U/min) entweder mit einem Thermostaten oder mit einem Polyethy- lenglycoI-Bad beheizt. Nach der vorgegebenen Reaktionszeit wurde abgekühlt und anschließend Ethen und Kohlenmonoxid abgelassen. Bei den Versuchen mit ausgefallenen Polymeren wurden diese abfiltriert und mit Wasser und Methanol gewaschen. Falls ein Latex erhalten wurde, so wurde dieser über Glaswolle filtriert. Zur Analyse und Bestimmung der Ausbeute wurde eine abgemessene Menge in Methanol gefällt.The polymerization was carried out in a mechanically stirred 250 ml pressure reactor with a double jacket. The reaction temperature was controlled by a thermal sensor immersed in the reaction mixture. The volume of the reaction mixture was 100 ml. For the in situ catalyst miniemulsion, palladium acetate and 1,3-bis (diphenylphosphino) propane (DPPP) were dissolved separately in a little toluene or in toluene / undecenoic acid and combined to form a yellow solution. In the case of terpolymerization, the catalyst precursor complex 1,3-bis (diphenylphosphino) propane palladium (II) diacetate [(DPPP) Pd (Oac) 2 ] was dissolved in undecenoic acid. After the addition of hexadecane, the catalyst solution was added to the aqueous emulsifier solution containing p-toluenesulfonic acid. The homogenization was carried out by ultrasound treatment (Bandelin HD2200 with KE76 tip; 2 min at 120 W). The mini emulsions obtained were transferred to the reactor and a pressure of 40 bar (ethylene / carbon monoxide 1: 1) was applied. Subsequently, heated (1000 rpm) either with a thermostat or with a polyethylene glycol bath. After the specified reaction time, the mixture was cooled and then ethene and carbon monoxide were discharged. In the experiments with precipitated polymers, these were filtered off and washed with water and methanol. If a latex was obtained, it was filtered through glass wool. A measured amount was precipitated in methanol to analyze and determine the yield.
II. „Solubilisierter" KatalysatorII. "Solubilized" catalyst
Der „solubilisierte" Katalysator wurde hergestellt, indem eine Mischung aus Katalysa- tor-Precursor-Komplex, einem Zehntel der insgesamt eingesetzten Emulgator-Menge und 10 ml Wasser durch Ultraschall (2 min, 120 W) homogenisiert wurde. Diese Lösung wurde zu der bereits im Reaktor befindlichen und gerührten wässrigen Emulga- tor-Lösung, die para-Toluolsulfonsäure (p-TsOH) enthielt, über einen O.45μm-Mikron- Filter zugespritzt. Ansonsten wurde analog wie unter Abschnitt I verfahren.The “solubilized” catalyst was prepared by homogenizing a mixture of catalyst precursor complex, one tenth of the total amount of emulsifier used and 10 ml of water by means of ultrasound (2 min, 120 W). This solution already became that The stirred and stirred aqueous emulsifier solution containing para-toluenesulfonic acid (p-TsOH) was injected through an O.45 μm micron filter, otherwise the procedure was as described in Section I.
III. Solubilisierung mit LösemittelIII. Solubilization with solvents
Vorgehen wie in II. Auf Scherapparate kann aber verzichtet werden. Der Katalysator Precursor-Komplex wird jedoch in 1 ml Methanol gelöst und in 10 ml einer Emulgator- lösung bei 40°C getropft und magnetisch gerührt. Die Lösung wurde mit para- Toluolsulfonsäure versetzt (10 Äquivalente bezogen auf Pd) und über ein 0,45 μm Filter filtriert. Proceed as in II. But shearers can be dispensed with. However, the catalyst precursor complex is dissolved in 1 ml of methanol and added dropwise in 10 ml of an emulsifier solution at 40 ° C. and stirred magnetically. Para-toluenesulfonic acid was added to the solution (10 equivalents based on Pd) and the mixture was filtered through a 0.45 μm filter.
Ergebnisse der durchgeführten PolymerisationenResults of the polymerizations carried out
Tabelle 1Table 1
Ethylen-Kohlenmonoxid-CopolymerisationEthylene-CO copolymerization
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Reaktionsbedingungen: [Pd(DPPP)(OAc)2] (12.8 mg, 20 μmol); Gesamtdruck 40 bar, Ethylen/CO (1 :1); organische Phase in Katalysator-Miniemulsion: Toluol (2 ml) und Hexadecan (50 μl, 0.17 mmol); p-TsOH (47.6 mg, 0.26 mmol); Natriumdodecylsulfat (SDS) (0.75 g, 2.6 mmol); 100 ml Wasser; Reaktionstemperatur 70°C.Reaction conditions: [Pd (DPPP) (OAc) 2 ] (12.8 mg, 20 µmol); Total pressure 40 bar, ethylene / CO (1: 1); organic phase in catalyst miniemulsion: toluene (2 ml) and hexadecane (50 μl, 0.17 mmol); p-TsOH (47.6 mg, 0.26 mmol); Sodium dodecyl sulfate (SDS) (0.75 g, 2.6 mmol); 100 ml water; Reaction temperature 70 ° C.
a) TO = mol umgesetztes Substrat (E + COVmol Palladium. b) in Gegenwart von Hexadecan und in Abwesenheit von p-TsOH. c) GPC vs. PMMA-Standard in Hexafluoroisopropanol.a) TO = mol of converted substrate (E + COVmol palladium. b) in the presence of hexadecane and in the absence of p-TsOH. c) GPC vs. PMMA standard in hexafluoroisopropanol.
/ = nicht bestimmt. / = not determined.
Tabelle 2Table 2
Ethylen-Kohlenmonoxid-Undecensäure-TerpolymerisationEthylene-carbon monoxide-undecenoic terpolymerization
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Reaktionsbedingungen: [Pd(DPPP)(Oac)2] (12.8 mg, 20 μmol); Gesamtdruck 40 bar, Ethylen/CO (1 :1); p-TsOH (47.6 mg, 0.26 mmol); SDS (0.75 g, 2.6 mmol); 100 ml Wasser; Hexadecan (50 μl), 0.17 mmol) in Katalysator-Miniemulsion. a) Beheizt intern mittels Thermostat. b) Beheizt mit Polyethylenglycol-Bad, deswegen kein genauer Temperaturwert. c) In Gegenwart von Hexadecan (50 μl, 0.17 mmol). d) TO = mol umgesetztes Substrat (Olefin + CO)/mol Palladium. e) Polymer ist vollständig ausgefallen. / = nicht bestimmt. Reaction conditions: [Pd (DPPP) (Oac) 2 ] (12.8 mg, 20 µmol); Total pressure 40 bar, ethylene / CO (1: 1); p-TsOH (47.6 mg, 0.26 mmol); SDS (0.75 g, 2.6 mmol); 100 ml water; Hexadecane (50 μl, 0.17 mmol) in catalyst miniemulsion. a) Heated internally by means of a thermostat. b) Heated with polyethylene glycol bath, therefore no exact temperature value. c) In the presence of hexadecane (50 μl, 0.17 mmol). d) TO = mol of converted substrate (olefin + CO) / mol of palladium. e) polymer has completely failed. / = not determined.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerisatdispersion durch Polymerisation wenigstens einer ethylenisch ungesättigten Verbindung (Monomer) unter Verwendung wenigstens eines wasserunlöslichen Polymerisationskatalysators und wenigstens eines Dispergiermittels in wässrigem Medium, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst eine Lösung eines Dispergiermittels in Wasser herstellt, danach den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator entweder in fester Form oder vermengt mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel o- der aber vermengt mit einer selbstdispergierenden ethylenisch ungesättigten1. A process for the preparation of an aqueous polymer dispersion by polymerizing at least one ethylenically unsaturated compound (monomer) using at least one water-insoluble polymerization catalyst and at least one dispersant in an aqueous medium, characterized in that a solution of a dispersant in water is first prepared, then the water-insoluble polymerization catalyst either in solid form or mixed with a water-miscible solvent or mixed with a self-dispersing ethylenically unsaturated
Verbindung in die wässrige Lösung des Dispergiermittels einbringt, anschließend den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator durch mechanischen Energieeintrag dispergiert und mit Hilfe der auf diese Weise erhaltenen wässrigen Dispersion danach eine Polymerisation wenigstens einer ethylenisch ungesättig- ten Verbindung durchführt.Introduces the compound into the aqueous solution of the dispersant, then disperses the water-insoluble polymerization catalyst by mechanical energy input and then carries out a polymerization of at least one ethylenically unsaturated compound with the aid of the aqueous dispersion obtained in this way.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man neben der oder den ethylenisch ungesättigten Verbindungen noch Kohlenmonoxid mitpolymeri- siert.2. The method according to claim 1, characterized in that carbon monoxide is also polymerized in addition to the ethylenically unsaturated compound or compounds.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein α-Olefin mit 3 bis 20 C-Atomen als ethylenisch ungesättigte Verbindung polymerisiert wird.3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that at least one α-olefin having 3 to 20 carbon atoms is polymerized as an ethylenically unsaturated compound.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die eingesetzten wasserunlöslichen Polymerisationskatalysatoren vor oder während des mechanischen Energieeintrages durch Umsetzung der entsprechenden Metallsalze mit den entsprechenden Liganden erhalten werden.4. Process according to claims 1 to 3, characterized in that the water-insoluble polymerization catalyst or catalysts used are obtained before or during the mechanical energy input by reacting the corresponding metal salts with the corresponding ligands.
5. Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die eingesetzten wasserunlöslichen Polymerisationskatalysatoren eine Wasserlöslichkeit von weniger als 10"4 g Katalysator pro 100 g Wasser aufweisen.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the or the water-insoluble polymerization catalysts used have a water solubility of less than 10 "4 g of catalyst per 100 g of water.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der me- chanische Energieeintrag mit Hilfe geeigneter Scherapparaturen, Homogenisatoren, Ultraschalleinheiten oder Rührvorrichtungen erfolgt.6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that the mechanical energy input takes place with the aid of suitable shearers, homogenizers, ultrasonic units or stirring devices.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Energieeintrag bei Temperaturen von 0 bis 100°C durchgeführt wird. 7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the mechanical energy input is carried out at temperatures from 0 to 100 ° C.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation der oder die ethylenisch ungesättigten Verbindungen in einem Autoklaven durchgeführt wird.8. The method according to claims 1 to 7, characterized in that the polymerization of the or the ethylenically unsaturated compounds is carried out in an autoclave.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator in fester Form in die wässrige Lösung des Dispergiermittels einbringt.9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that the water-insoluble polymerization catalyst is introduced in solid form in the aqueous solution of the dispersant.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator vermengt in einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel in die wässrige Lösung des Dispergiermittels einbringt, wobei das mit Wasser mischbare Lösungsmittel eine Löslichkeit im wässrigen Reaktionsmedium von mehr als 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtlösemittelmenge, aufweist.10. The method according to claims 1 to 8, characterized in that the water-insoluble polymerization catalyst is mixed in a water-miscible solvent in the aqueous solution of the dispersant, the water-miscible solvent having a solubility in the aqueous reaction medium of more than 50 wt. -%, each based on the total amount of solvent.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den wasserunlöslichen Polymerisationskatalysator vermengt in einer selbstdispergierenden ethylenisch ungesättigten Verbindung in die wässrige Lösung des Dispergiermittels einbringt.11. The method according to claims 1 to 8, characterized in that the water-insoluble polymerization catalyst is mixed in a self-dispersing ethylenically unsaturated compound in the aqueous solution of the dispersant.
12. Wässrige Polymerisatdispersionen, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.12. Aqueous polymer dispersions, prepared by a process according to one of claims 1 to 11.
13. Verwendung der wässrigen Polymerisatdispersionen gemäß Anspruch 12 für Papieranwendungen wie Papierstreicherei oder Oberflächenleimung, für Anstrichlacke, Klebrohstoffe, Formschäume wie beispielsweise Matratzen, Textil- und Lederapplikationen, Teppichrückenbeschichtungen oder pharmazeutische Anwendungen, sowie als Zuschlagsstoffe in Polymerblends oder in Baustoffen. 13. Use of the aqueous polymer dispersions according to claim 12 for paper applications such as paper coating or surface sizing, for paint coatings, adhesive raw materials, molded foams such as mattresses, textile and leather applications, carpet backing or pharmaceutical applications, and as additives in polymer blends or in building materials.
PCT/EP2004/003344 2003-04-02 2004-03-30 Method for producing an aqueous polymer dispersion using a water-insoluble polymerisation catalyst WO2004087772A1 (en)

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