WO2007104711A1 - Method for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers in the presence of epoxy ethers - Google Patents

Method for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers in the presence of epoxy ethers Download PDF

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WO2007104711A1
WO2007104711A1 PCT/EP2007/052215 EP2007052215W WO2007104711A1 WO 2007104711 A1 WO2007104711 A1 WO 2007104711A1 EP 2007052215 W EP2007052215 W EP 2007052215W WO 2007104711 A1 WO2007104711 A1 WO 2007104711A1
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WO
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cationic polymerization
ethylenically unsaturated
group
carbon atoms
isobutene
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/052215
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German (de)
French (fr)
Inventor
Szilard Csihony
Hans Peter Rath
Heike Pfistner
Original Assignee
Basf Se
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Publication date
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Classifications

    • 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
    • C08F110/00Homopolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • C08F110/04Monomers containing three or four carbon atoms
    • C08F110/08Butenes
    • C08F110/10Isobutene

Definitions

  • the present invention relates to an improved process for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers in the presence of one or more Lewis acids. Furthermore, the invention relates to polymers which are obtainable by this process for cationic polymerization. Further embodiments of the present invention can be taken from the claims, the description and the examples. It is understood that the features mentioned above and those still to be explained below of the article according to the invention can be used in other combinations not only in the particular concretely specified combination but also in the context of the invention.
  • initiator systems comprising a Lewis acid and an organic compound which forms a carbocation or a cationogenic complex with the Lewis acid are employed.
  • initiator systems comprising a Lewis acid and an organic compound which forms a carbocation or a cationogenic complex with the Lewis acid are employed.
  • isobutene polymer and polyisobutene are used equivalently in the context of this invention.
  • Isobutene polymers which are particularly suitable for further processing, for example, into sealing and sealing compounds or to adhesive raw materials are telechelic, i. they have two or more reactive end groups. These end groups preferably contain carbon-carbon double bonds which can be further functionalized or the end groups are groups functionalized with a terminating agent.
  • EP-A 713 883 describes the preparation of telechelic isobutene polymers using an at least bifunctional initiator such as dicumyl chloride.
  • a disadvantage of this known process is that the aromatic initiators described can react to indanyl or diindane groups (as described, for example, in: G. Pratrap, SA Mustafa, JP Heller, J. Polym., Part A, Polym. Chem. 1993, 31, pp. 2387-2391), which impairs the synthesis of defined telechelic isobutene polymers.
  • Substituted cycloalkanes can be used according to the application WO 05/44766 as initiators for the cationic polymerization.
  • WO 99/29744 discloses epoxides containing alkyl, aryl or aralkyl radicals, for example 2,4,4-trimethylpentyl-1,2-epoxide, epoxidized ⁇ -methylstyrene or hexaepoxyqualenes, as initiators for cationic polymerization.
  • alkyl, aryl or aralkyl radicals for example 2,4,4-trimethylpentyl-1,2-epoxide, epoxidized ⁇ -methylstyrene or hexaepoxyqualenes
  • the object of the present invention was therefore to develop an improved process for cationic polymerization, in particular for the cationic polymerization of isobutene. Furthermore, compounds should be found that can be used as novel initiators.
  • the initiators should be easy to prepare and stable. In particular, initiators should be developed which do not undergo rearrangement or reactions to indanyl or diindane groups.
  • the object is achieved by a process for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers in the presence of one or more Lewis acids, which is characterized in that in the presence of one or more epoxy ethers of general formula I
  • R 1 denotes a hydrolyzable hydrocarbyl radical having 1 to 20 carbon atoms
  • R 2 , R 3 and R 4 independently of one another denote hydrogen or a hydrocarbyl radical having 1 to 20 carbon atoms and
  • A is an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms
  • Hydrocarbyl radicals are to be understood as meaning hydrocarbon radicals which are either composed only of carbon and hydrogen or contain a small amount of heteroatoms and / or functional groups, without impairing the predominantly hydrocarbon character of the radical. In the presence of such heteroatoms or functional groups, they must be inert, i. they must not interfere with the cationic polymerization reaction of the invention and subsequent reactions of the resulting polymers.
  • the hydrocarbyl radical must be hydrolyzable, ie, in a subsequent reaction, the ether function R 1 -OA- present in the epoxyethers I must be convertible into the hydroxy function HO-A- by hydrolysis.
  • Suitable radicals R 1 are therefore, in particular C 1 -C 20 -alkyl radicals, preferably C 1 -C 5 -alkyl radicals, C 3 -C 20 -alkenyl radicals, preferably C 3 -C 18 -alkenyl radicals, C 5 -C 12 -cycloalkyl radicals, preferably C 6 -C 8 -cycloalkyl radicals, and C 7 -C 20 -arylalkyl radicals, preferably C 7 -C 12 -arylalkyl radicals.
  • C 1 -C 20 -alkyl radicals or C 1 -C 5 -alkyl radicals which may be linear or branched are methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n -Pentyl, 2-methylbutyl, neopentyl, n -hexyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, n -heptyl, n-octyl and 2-ethylhexyl ,
  • C 3 -C 20 -alkenyl radicals or C 3 -C -alkenyl radicals are allyl, oleyl, linolyl and linolenyl.
  • C 5 -C 12 cycloalkyl radicals or C 5 -C 8 cycloalkyl radicals are cyclopentyl, methylcyclopentyl, cyclohexyl, methylcyclohexyl, dimethylcyclohexyl and cycloheptyl.
  • C7-C20-arylalkyl radicals or C7-C12-arylalkyl radicals are benzyl, 1-phenylethyl, 2-phenylethyl, 3-phenylpropyl, 4-phenylbutyl and o-, m- or p-methylbenzyl.
  • variable R 1 denotes a hydrolyzable alkyl radical having 1 to 8 carbon atoms, in particular a tert-butyl radical.
  • variables R 2 , R 3 and R 4 independently of one another are hydrogen or a methyl group, in particular all three variables R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen.
  • the bridging variable A preferably represents a methylene group, a 1,1-ethylene group, a 1,2-ethylene group, a 1,3-propylene group, a 1,4-butylene group or a 2,2-propanediyl group.
  • the epoxy ether of the general formula I is tert-butyl glycidyl ether.
  • Epoxy ethers of the general formula I are known in principle as substances and are therefore generally available. If they can not be purchased, they may be prepared by methods known to those skilled in the art.
  • the epoxy ethers I act advantageously as initiators in the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers. Polymers are obtained which contain at one end of the polymer chain in the end group a double bond introduced by the initiator. The side reactions known from dicumyl chloride are not possible.
  • the described epoxy ethers I in their function as initiators in amounts of 0.001 to 10 mol%, in particular 0.01 to 7 mol%, especially 0.05 to 5 mol%, based on the total amount of cationically polymerizable ethylenic unsaturated monomers used.
  • the polymers obtained with the aid of the epoxy ethers I as initiators contain at the opposite end of the polymer chain a hydroxy group derived from the epoxide function and the ether function R 1 -OA-. By subsequent hydrolysis of this ether function, a second hydroxy group can be generated at this chain end, which can be further functionalized.
  • the present invention also provides polymers obtainable by the process according to the invention described.
  • the present invention also provides for the use of the described epoxy ethers of the general formula I as initiators for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomorers in the presence of one or more Lewis acids.
  • Suitable cationically polymerizable, ethylenically unsaturated monomers are, in the context of the process according to the invention, in particular electron-rich olefin derivatives.
  • isobutene vinylaromatic compounds such as styrene or ⁇ -methylstyrene or Cs-do-isoolefins such as 2-methylbutene-1, 2-methylpentene-1, 2-methylhexene-1,2-ethyl-pentene-1,2-ethylhexene-1 or 2-Propylhepten -1.
  • the process is used to produce homo-, co- or block copolymers of isobutene.
  • Suitable isobutene feedstocks are isobutene itself as well as isobutene-containing C4 hydrocarbon streams, for example C4 raffinates, C4 cuts from isobutene dehydrogenation, C4 cuts from steam crackers, FCC crackers (FCC: Fluid Catalyzed Cracking), insofar as they are largely exempt from 1, 3-butadiene contained therein.
  • C4 hydrocarbon streams suitable according to the invention generally contain less than 500 ppm, preferably less than 200 ppm of butadiene.
  • hydrocarbons other than isobutene play the role of an inert solvent.
  • the monomer mixture contains more than 60 wt .-%, in particular more than 80 wt .-%, and, more preferably, more than 95 wt .-% isobutene, and less than 40 wt .-%, preferably less than 20 Wt .-%, and in particular less than 5 wt .-%, comonomers.
  • Comonomers in monomer mixtures with isobutene are other ethylenically unsaturated monomers such as vinylaromatics, for example styrene or C 1 -C 4 -alkyl styrenes such as 2-, 3- or 4-methylstyrene and 4-tert-butylstyrene, n-butene and Cs-do -olefins such as 2-methylbutene-1, 2-methylpentene-1, 2-methylhexene-1, 2-ethylpentene-1, 2-ethylhexene-1 or 2-propylheptene-1.
  • other electron-rich olefin derivatives can be used as comonomers.
  • Suitable comonomers are olefins which have a silyl group, such as 1-trimethoxysilyl ethene, 1- (trimethoxysilyl) propene, 1- (trimethoxysilyl) -2-methylpropene-2, 1- [tri (methoxyethoxy) -silyl ] ethene, 1- [tri (methoxyethoxy) silyl] propene, or 1- [tri (methoxyethoxy) silyl] -2-methylpropene-2.
  • Suitable Lewis acids in the process according to the invention are essentially covalent metal halides or semimetallic halides which have an electron pair gap. Mixtures of several Lewis acids can also be used. Such compounds are known in the art, for example from JP. Kennedy et al. in US 4,946,889, US 4,327,201, US 5,169,914, EP-A-206 756, EP-A-265 053 and JP Kennedy, B. Ivan, "Designed Polymers by Carboc- tic Macromolecular Engineering", Oxford University Press, New York 1991.
  • Particularly preferred Lewis acids for isobutene polymerization are titanium tetrachloride, boron trichloride or boron trifluoride, in particular titanium tetrachloride.
  • the Lewis acid or mixture of Lewis acids is used in an amount sufficient to form an initiator complex of one or more Lewis acids and one or more epoxy ethers I as initiators.
  • the molar ratio of Lewis acids to initiators is generally from 10: 1 to 1: 1, especially from 2.5 to 1: 1.
  • Suitable electron donors are aprotic organic compounds which have a free electron pair located on a nitrogen, oxygen or sulfur atom.
  • Preferred donor compounds are selected from: pyridines such as pyridine itself, ⁇ -, ß- or ⁇ -picoline and 2,6-dimethyl-pyridine, and sterically hindered pyridines such as 2,6-diisopropylpyridine or 2,6-di-tert-butylpyridine; Amides, in particular N, N-dialkylamides of aliphatic or aromatic carboxylic acids such as N, N-dimethylacetamide; Lactams, in particular N-alkyl lactams such as N-methylpyrrolidone; Ethers, for example dialkyl ethers, such as diethyl ether or diisopropyl ether, cyclic ethers, such as tetrahydrofuran; Amines, in particular trialkylamines such as triethylamine; Esters, in particular C 1 -C 4 -alkyl esters of aliphatic C 1 -C 6 -carboxylic acids
  • pyridine in particular picolines, or sterically hindered pyridine derivatives, and in particular organosilicon compounds
  • organosilicon compounds are dimethoxydiisopropylsilane, dimethoxyisobutylisopropylsilane, dimethoxydiisobutylsilane, dimethoxydicyclopentylsilane, dimethoxyisobutyl-2-butylsilane, diethoxyisobutylisopropylsilane, triethoxytoluylsilane, triethoxybenzylsilane or triethoxyphenylsilane.
  • the cationic polymerization is usually carried out as a solution polymerization.
  • Suitable solvents are all low molecular weight, organic compounds or mixtures thereof which have a suitable low dielectric constant and no abstractable protons and which are liquid under the cationic polymerization conditions.
  • Preferred solvents are hydrocarbons, for example acyclic hydrocarbons having 2 to 8, preferably 3 to 8 carbon atoms, such as ethane, iso- or n-propane, n-butane or its isomers, n-pentane or its isomers, n-hexane or its isomers, and n-heptane or its isomers, and also n-octane or its isomers, cyclic alkanes having 5 to 8 carbon atoms, such as cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, acyclic alkenes having preferably 2 to 8 carbon atoms, such as ethene, iso or n Propene, n-butene, n-pentene, n-hexene or n-heptene, cyclic olefins such as
  • halogenated hydrocarbons When halogenated hydrocarbons are used as the solvent, the possible halogenated hydrocarbons do not include compounds in which halogen atoms are attached to secondary or tertiary carbon atoms.
  • the hydrocarbons other than isobutene play the role of an inert solvent.
  • Particularly preferred solvents are aromatic hydrocarbons, toluene being particularly preferred.
  • solvent mixtures comprising at least one halogenated hydrocarbon and at least one aliphatic or aromatic hydrocarbon.
  • the solvent mixture comprises hexane and chloromethane or dichloromethane, as well as mixtures of hexane and chloromethane and dichloromethane.
  • the volume ratio of hydrocarbon to halogenated hydrocarbon is preferably in the range of 1:10 to 10: 1, more preferably in the range of 4: 1 to 1: 4 and in particular in the range of 2: 1 to 1: 2.
  • the cationic polymerization is usually carried out under largely aprotic, in particular largely anhydrous reaction conditions.
  • largely aprotic or largely anhydrous reaction conditions it is understood that the water content (or the content of protic impurities) in the reaction mixture is less than 50 ppm, and in particular less than 5 ppm.
  • the feedstocks will be dried physically and / or by chemical means before being used.
  • the aliphatic or cycloaliphatic hydrocarbons used as solvent can be added after usual pre-cleaning and predrying with an organometallic compound, for example an organolithium, organomagnesium or organoaluminum compound, in an amount sufficient to remove traces of water from the solvent.
  • an organometallic compound for example an organolithium, organomagnesium or organoaluminum compound
  • the cationic polymerization is carried out by the process according to the invention at temperatures below 0 ° C., for. In the range of 0 to -140 ° C, preferably in the range of -10 to -120 ° C, and more preferably in the range of -20 to -110 ° C.
  • the reaction pressure is generally of minor importance.
  • a typical embodiment of the cationic polymerization according to the invention comprises the co-dissolution of the epoxy ethers I used together with the Lewis acids and / or electron donors in a suitable solvent or solvent mixture before addition of the monomers.
  • the removal of the heat of reaction can be carried out in the usual way, for example by wall cooling or by utilizing a boiling cooling, or by a combination of these measures.
  • evaporative cooling the use of ethene or mixtures of ethene with the solvents mentioned above as being preferred has proven particularly useful.
  • the distal chain end i. the end of the polymer removed from the initiator and obtained by the cationic polymerization process, for example the distal chain end of the isobutene polymer, with comonomers such as those listed above, e.g. Vinyl aromatics, be implemented.
  • comonomers such as those listed above, e.g. Vinyl aromatics
  • the thereby emerging comonomer-containing reactive chain end is either deactivated or terminated according to one of the embodiments described below to form a functional end group or, for example, reacted again with isobutene to form higher block copolymers.
  • the living chain ends are deactivated, for example by adding a protic compound, in particular by adding water, alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol or tert-butanol, or their mixtures with water.
  • a protic compound in particular by adding water, alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol or tert-butanol, or their mixtures with water.
  • difunctional (telechelic) polymers for example isobutene polymers
  • one terminates the distal, that is to say the reactive, chain end to form an ethylenically unsaturated group it being possible, for example, to obtain B.
  • a terminating reagent which adds or appropriately treats an ethylenically unsaturated group at the chain end to convert the reactive chain end into such a group.
  • the reactive chain end is prepared by adding a trialkylalylsilane compound, e.g. Trimethylallylsilane, terminated.
  • a trialkylalylsilane compound e.g. Trimethylallylsilane
  • the use of the allyl silanes leads to the termination of the cationic polymerization with the introduction of an allyl radical at the polymer chain end, as described, for example, in EP 264 214.
  • the reactive chain end is thermally converted, for example, by heating to a temperature of 70 to 200 0 C, or by treatment with a base in a methylidene double bond.
  • Suitable bases include alkali metal alkoxides such as sodium methoxide, sodium ethoxide or potassium tert-butoxide, basic alumina, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, or tertiary amines such as pyridine or tributylamine. Suitable bases are described in the specification: Kennedy et al., Polymer Bulletin 1985, 13, 435-439. Preferably, potassium tert-butoxide is used.
  • the reactive chain end is reacted with a conjugated diene, for example butadiene, as described in DE-A 40 25 961.
  • two or more living polymer chains are coupled by the addition of a coupling agent.
  • “Coupling” means the formation of chemical bonds between the reactive chain ends and the coupling agent such that two or more polymer chains are joined to form a molecule.
  • Suitable coupling agents include, for example, at least two electrolytic leaving groups, all of which are allylated to the same or different double bonds, e.g. Trialkylsilyl phenomenon, so that the cationic center of a reactive chain end can attach in a concerted reaction with cleavage of the leaving group and displacement of the double bond.
  • Other coupling agents have at least one conjugated system to which the cationic center of a reactive chain end can add electrophilically to form a stabilized cation. By cleavage of a leaving group, e.g. of a proton, the formation of a stable bond to the polymer chain ensues as the conjugated system is reformed.
  • these conjugated systems can be linked by inert spacers.
  • Suitable coupling agents include:
  • R is Ci-Cio-alkylene, preferably methylene or 2,2-propanediyl; (ii) compounds having at least two allyl-containing trialkylsilyl groups, such as
  • 1,1-bis (trialkylsilylmethyl) ethylene e.g. 1,1-bis (trimethylsilylmethyl) ethylene, or bis [(trialkylsilyl) propenyl] benzenes, e.g.
  • Coupling agents suitable for the process according to the invention are known to the person skilled in the art and the coupling reaction can be carried out analogously to the reactions described in the following references: R. Faust, S. Hadjikyria cou, Macromolecules 2000, 33, 730-733; R. Faust, S. Hadjikyriacou, Macromolecules 1999, 32, 6393-6399; R. Faust, S. Hadjikyriacou, Polym. Bull. 1999, 43, 121-128; R. Faust, Y. Bae, Macromolecules 1997, 30, 198; R. Faust, Y. Bae, Macromolecules 1998, 31, 2480; R. Storey, Maggio, Polymer Preprints 1998, 39, 327-328; WO 99/24480; US 5,690,861 and US 5,981,785.
  • the coupling is usually carried out in the presence of a Lewis acid, with such Lewis acids are suitable, which are also useful for carrying out the actual polymerization reaction.
  • the same solvents and temperatures are suitable for carrying out the coupling reaction as are chosen for carrying out the actual polymerization reaction.
  • the coupling can therefore be used as a one-pot reaction following the polymerization reaction in the perform the same solvent in the presence of the Lewis acid used for cationic polymerization.
  • a molar amount of the coupling agent is used which corresponds approximately to the quotient of the molar amount of the initiator of the formula (I) used for cationic polymerization divided by the number of coupling sites of the coupling agent.
  • the solvent is usually removed in suitable units such as rotary, falling-film or thin-film evaporators or by relaxation of the reaction solution.
  • the polymers prepared by the process of the invention obtained by the cationic polymerization process such as isobutene polymers, have a narrow molecular weight distribution.
  • the polydispersity index PDI M w / M n is preferably below 2.0, more preferably below 1.60, in particular below 1.40.
  • polymers of all molecular weight ranges can be produced by the process according to the invention.
  • isobutene these usually have a specific by gel permeation chromatography number average molecular weight M n of 500 to 1,000,000, in particular from 800 to 200,000, especially 1,000 to 50,000, on.
  • the telechelic polymers obtained by the cationic polymerization process may be subjected to one of the following derivatization reactions:
  • the polymer obtained by the cationic polymerization method such as the isobutene polymer can be reacted with an aromatic or heteroaromatic compound in the presence of an alkylation catalyst.
  • an alkylation catalyst Suitable aromatic and heteroaromatic compounds, catalysts and reaction conditions of this so-called Friedel-Crafts alkylation are described, for example, in J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th Edition, Verlag John Wiley & Sons, pages 534-539, to which reference is hereby made becomes.
  • aromatic compounds having 1 or 2 or 3 OH groups which may optionally have at least one further substituent.
  • Preferred further substituents are methyl or ethyl.
  • Particular preference is given to phenol, the cresol isomers, catechol, resorcinol, pyrogallol, fluoroglucinol or the xylenesol isomers.
  • phenol, o-cresol or p-cresol are used.
  • Suitable catalysts are AICb, AIBr 3 , BF 3 , BF 3 .2CoH 5 OH, BF 3 [O (C 2 H 5 -b, TiCl 4 , SnCl 4 , AIEtCl 2 , FeCl 3 , SbCl 5 or SbF 5 .
  • the catalysts can be used together with a cocatalyst, for example an ether, such as dimethyl ether, diethyl ether, di-n-propyl ether or tetrahydrofuran
  • a cocatalyst for example an ether, such as dimethyl ether, diethyl ether, di-n-propyl ether or tetrahydrofuran
  • the reaction can also be catalyzed with protic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid or trifluoromethanesulfonic acid
  • protic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid or trifluoromethanesulfonic acid
  • zeolites and inorganic polyacids are also suitable.
  • the alkylation can be carried out solvent-free or in a solvent.
  • Suitable solvents are, for example, n-alkanes or mixtures thereof or alkylaromatics such as toluene, ethylbenzene or xylene and halogenated derivatives thereof.
  • the preparation can be carried out analogously to the preparation of such compounds as described in WO 01/25 293 and WO 01/25 294, to which reference is hereby made in their entirety.
  • the polymer obtained by the cationic polymerization method can be epoxidized with a peroxide compound. Suitable methods for epoxidation are described in J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th Edition, John Wiley & Sons, S. 826-829, incorporated herein by reference.
  • the peroxide compound used is at least one peracid, such as m-chloroperbenzoic acid, performic acid, peracetic acid, trifluoropropylacetic acid, perbenzoic acid or 3,5-dinitroperbenzoic acid.
  • the preparation of the peracids can be carried out in situ from the corresponding acids and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) optionally in the presence of mineral acids.
  • epoxidation reagents are, for example, alkaline hydrogen peroxide, molecular oxygen or alkyl peroxides such as tert-butyl hydroperoxide.
  • Suitable solvents for the epoxidation are, for example, conventional non-polar solvents. Particularly suitable solvents are hydrocarbons such as toluene, xylene, hexane or heptane.
  • the epoxide formed can then be reacted ring-opening with protic compounds or electron donors such as water, acids, alcohols, thiols or primary or secondary amines to give, inter alia, diols, glycol ethers, glycol thioethers or amines.
  • the polymer obtained by the cationic polymerization process in particular polyisobutene, can be reacted with a borane (optionally generated in situ), wherein an at least partially hydroxylated polymer obtained by the cationic polymerization process, in particular partially hydroxylated polyisobutene , is obtained.
  • a borane optionally generated in situ
  • Suitable hydrogenation reagents are, for example, diborane, which is generally generated in situ by reaction of sodium borohydride with BF 3 etherate, disiamylborane (bis [3-methylbut-2-yl] borane), 1,1,2-trimethylpropylborane, 9 -Borbicyclo [3.3.1] nonane, diisocamphenylborane, which are obtainable by hydroboration of the corresponding alkenes with diborane, chloroborane-dimethyl sulfide, alkyldichloroboranes or H3B-N (C2H 5 ) 2.
  • diborane which is generally generated in situ by reaction of sodium borohydride with BF 3 etherate
  • disiamylborane bis [3-methylbut-2-yl] borane
  • 1,1,2-trimethylpropylborane 9 -Borbicyclo [3.3.1] nonane
  • the alkyl boranes formed are not isolated, but converted by subsequent reaction directly into the desired products.
  • a very important implementation of the alkylboranes is the reaction with alkaline hydrogen peroxide to give an alcohol which preferably corresponds formally to the anti-Markovnikov hydration of the alkene.
  • the resulting alkylboranes can be subjected to a reaction with bromine in the presence of hydroxide ions to obtain the bromide.
  • the polymer obtained by the cationic polymerization method can be reacted with at least one alkene having an electrophile-substituted double bond in an ene reaction (see, for example, DE-A 4 319 672 or H. Mach and P. Rath in "Lubrication Science Il (1999), pp. 175-185, which is incorporated herein by reference.)
  • an alkene designated as En having an allylic hydrogen atom is reacted with an electrophilic alkene, the so-called enophile, This reaction involves the formation of a carbon-carbon bond, a double-bond shift, and a hydrogen transfer reaction.
  • the polymer obtained by the cationic polymerization process in particular polyisobutene, reacts as En They are also used as dienophiles in the Diels-Alder reaction.
  • the succinic anhydride derivatized polymer obtained by the cationic polymerization process in particular the polyisobutene derivatized with succinic anhydride groups, may be subjected to a sequential reaction selected from:
  • the inventive method for cationic polymerization is carried out in the presence of one or more epoxy ethers of the general formula I.
  • Replacement of dicumyl chloride, which is often used in this context, which can unintentionally react to indanyl or diindanyl groups, has the advantage of avoiding the side reactions known from dicumyl chloride. Compared to those in the
  • Example 1 Preparation of polyisobutene with tert-butylglycidyl ether as initiator

Abstract

The invention relates to a method for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers in the presence of one or more Lewis acids. The invention is characterized in that polymerization is carried out in the presence of one or more epoxy ethers I, formula (I), wherein R1 represents a hydrolizable hydrocarbyl group with 1 to 20 carbon atoms, R2, R3 and R4 independently represent hydrogen or a hydrocarbyl group with 1 to 20 carbon atoms, and A represents an alkylene group with 2 to 6 carbon atoms.

Description

Verfahren zur kationischen Polymerisation kationisch polymerisierbarer ethylenisch ungesättigter Monomere in Gegenwart von EpoxyethernProcess for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers in the presence of epoxy ethers
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur kationischen Polymerisation kationisch polymerisierbarer ethylenisch ungesättigter Monomerer in Gegenwart einer oder mehrerer Lewis-Säuren. Weiterhin betrifft die Erfindung Polymere, die durch dieses Verfahren zur kationischen Polymerisation erhältlich sind. Weitere Aus- führungsformen der vorliegenden Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen zu entnehmen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes nicht nur in der jeweils konkret angegebenen Kombination, sondern auch im Rahmen der Erfindung in anderen Kombinationen verwendbar sind.The present invention relates to an improved process for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers in the presence of one or more Lewis acids. Furthermore, the invention relates to polymers which are obtainable by this process for cationic polymerization. Further embodiments of the present invention can be taken from the claims, the description and the examples. It is understood that the features mentioned above and those still to be explained below of the article according to the invention can be used in other combinations not only in the particular concretely specified combination but also in the context of the invention.
Bei der Herstellung von Isobutenpolymeren durch kationische Polymerisation (auch als "lebende kationische Polymerisation" bezeichnet) werden Initiatorsysteme eingesetzt, die eine Lewis-Säure und eine organische Verbindung umfassen, die mit der Lewis- Säure ein Carbokation oder einen kationogenen Komplex bildet. Die Begriffe Isobuten- polymer und Polyisobuten werden im Rahmen dieser Erfindung äquivalent verwendet.In the preparation of isobutene polymers by cationic polymerization (also referred to as "living cationic polymerization"), initiator systems comprising a Lewis acid and an organic compound which forms a carbocation or a cationogenic complex with the Lewis acid are employed. The terms isobutene polymer and polyisobutene are used equivalently in the context of this invention.
Für die Weiterverarbeitung beispielsweise zu Dichtungs- und Versiegelungsmassen oder zu Klebe(roh)stoffen besonders geeignete Isobutenpolymere sind telechel, d.h. sie weisen zwei oder mehr reaktive Endgruppen auf. Diese Endgruppen enthalten be- vorzugt Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, die sich weiter funktionalisieren lassen oder es handelt sich bei den Endgruppen um mit einem Terminierungsagens funktionalisierte Gruppen. So beschreibt die EP-A 713 883 die Herstellung telecheler Isobutenpolymere unter Verwendung eines mindestens bifunktionellen Initiators wie Dicumylchlorid. Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, dass die beschriebenen aromatischen Initiatoren zu Indanyl- oder Diindangruppen reagieren können (wie beispielsweise beschrieben in: G. Pratrap, S.A. Mustafa, J. P. Heller, J. Polym. Sei. Part A, Polym. Chem. 1993, 31 , S. 2387-2391 ), was die Synthese definierter telecheler Isobu- tenpolymerer beeinträchtigt.Isobutene polymers which are particularly suitable for further processing, for example, into sealing and sealing compounds or to adhesive raw materials are telechelic, i. they have two or more reactive end groups. These end groups preferably contain carbon-carbon double bonds which can be further functionalized or the end groups are groups functionalized with a terminating agent. Thus, EP-A 713 883 describes the preparation of telechelic isobutene polymers using an at least bifunctional initiator such as dicumyl chloride. A disadvantage of this known process is that the aromatic initiators described can react to indanyl or diindane groups (as described, for example, in: G. Pratrap, SA Mustafa, JP Heller, J. Polym., Part A, Polym. Chem. 1993, 31, pp. 2387-2391), which impairs the synthesis of defined telechelic isobutene polymers.
Substituierte Cycloalkane können entsprechend der Anmeldung WO 05/44766 als Initiatoren für die kationische Polymerisation eingesetzt werden.Substituted cycloalkanes can be used according to the application WO 05/44766 as initiators for the cationic polymerization.
Aus der WO 99/29744 sind Epoxide mit Alkyl-, Aryl- oder Aralkylresten, beispielsweise 2,4,4-Trimethylpentyl-1 ,2-epoxid, epoxidiertes alpha-Methylstyrol oder Hexaepoxy- squalen, als als Initiatoren für die kationische Polymerisation bekannt. Es besteht ein ständiger Bedarf nach verbesserten Verfahren für die kationische Polymerisation, in denen Initiatoren Verwendung finden, die die zuvor dargestellten, nachteiligen Nebenreaktionen nicht aufweisen und insbesondere leicht herstellbar und lagerstabil sind.WO 99/29744 discloses epoxides containing alkyl, aryl or aralkyl radicals, for example 2,4,4-trimethylpentyl-1,2-epoxide, epoxidized α-methylstyrene or hexaepoxyqualenes, as initiators for cationic polymerization. There is a continuing need for improved processes for cationic polymerization in which initiators are used which do not have the adverse side reactions described above and in particular are easy to prepare and stable in storage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren für die kationische Polymerisation zu entwickeln, insbesondere für die kationische Polymerisation von Isobuten. Weiterhin sollten Verbindungen gefunden werden, die als neuartige Initiatoren eingesetzt werden können. Die Initiatoren sollten leicht herstellbar und Ia- gerstabil sein. Insbesondere sollten Initiatoren entwickelt werden, die keine Umlagerung oder Reaktionen zu Indanyl- oder Diindangruppen erleiden.The object of the present invention was therefore to develop an improved process for cationic polymerization, in particular for the cationic polymerization of isobutene. Furthermore, compounds should be found that can be used as novel initiators. The initiators should be easy to prepare and stable. In particular, initiators should be developed which do not undergo rearrangement or reactions to indanyl or diindane groups.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur kationischen Polymerisation kationisch po- lymerisierbarer ethylenisch ungesättigter Monomerer in Gegenwart einer oder mehre- rer Lewis-Säuren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in Gegenwart eines oder mehrerer Epoxyether der allgemeinen Formel IThe object is achieved by a process for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers in the presence of one or more Lewis acids, which is characterized in that in the presence of one or more epoxy ethers of general formula I
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in derin the
R1 einen hydrolysierbaren Hydrocarbylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bezeichnet,R 1 denotes a hydrolyzable hydrocarbyl radical having 1 to 20 carbon atoms,
R2, R3 und R4 unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen Hydrocarbylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet undR 2 , R 3 and R 4 independently of one another denote hydrogen or a hydrocarbyl radical having 1 to 20 carbon atoms and
A für eine Alkylengruppe mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen steht,A is an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms,
polymerisiert wird.is polymerized.
Unter Hydrocarbylresten sind Kohlenwasserstoffreste zu verstehen, die entweder nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff ausgebaut sind oder in geringem Maße Heteroatome und/oder funktionelle Gruppen enthalten, ohne den überwiegenden Kohlenwasserstoff- Charakter des Restes zu beinträchtigen. Bei Vorhandensein solcher Heteroatome bzw. funktioneller Gruppen müssen diese inert sein, d.h. sie dürfen die erfindungsgemäße kationische Polymerisationsreaktion und nachfolgende Umsetzungen der erhaltenen Polymere nicht stören.Hydrocarbyl radicals are to be understood as meaning hydrocarbon radicals which are either composed only of carbon and hydrogen or contain a small amount of heteroatoms and / or functional groups, without impairing the predominantly hydrocarbon character of the radical. In the presence of such heteroatoms or functional groups, they must be inert, i. they must not interfere with the cationic polymerization reaction of the invention and subsequent reactions of the resulting polymers.
Im Falle der Variablen R1 muß der Hydrocarbylrest hydrolysierbar sein, d.h. in einer Folgereaktion muß die in den Epoxyethern I vorliegende Etherfunktion R1-O-A- in die Hydroxyfunktion HO-A- durch Hydrolyse überführbar sein. Geeignete Reste R1 sind daher insbesondere Ci-C2o-Alkylreste, vorzugsweise Ci-Cs-Alkylreste, C3-C2o-Alken- ylreste, vorzugsweise C3-Ci8-Alkenylreste, C5-Ci2-Cycloalkyreste, vorzugsweise Cδ-Cs-Cycloalkyreste, und C7-C2o-Arylalkylreste, vorzugsweise C7-Ci2-Arylalkylreste.In the case of the variable R 1 , the hydrocarbyl radical must be hydrolyzable, ie, in a subsequent reaction, the ether function R 1 -OA- present in the epoxyethers I must be convertible into the hydroxy function HO-A- by hydrolysis. Suitable radicals R 1 are therefore, in particular C 1 -C 20 -alkyl radicals, preferably C 1 -C 5 -alkyl radicals, C 3 -C 20 -alkenyl radicals, preferably C 3 -C 18 -alkenyl radicals, C 5 -C 12 -cycloalkyl radicals, preferably C 6 -C 8 -cycloalkyl radicals, and C 7 -C 20 -arylalkyl radicals, preferably C 7 -C 12 -arylalkyl radicals.
Beispiele für Ci-C2o-Alkylreste bzw. Ci-Cs-Alkylreste, welche linear oder verzweigt sein können, sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, 2-Methylbutyl, Neopentyl, n-Hexyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 2,2-Di- methylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 2-Ethylbutyl, n-Heptyl, n-Octyl und 2-Ethylhexyl.Examples of C 1 -C 20 -alkyl radicals or C 1 -C 5 -alkyl radicals which may be linear or branched are methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n -Pentyl, 2-methylbutyl, neopentyl, n -hexyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, n -heptyl, n-octyl and 2-ethylhexyl ,
Beispiele für C3-C2o-Alkenylreste bzw. C3-Cis-Alkenylreste sind AIIyI, Oleyl, Linolyl und Linolenyl.Examples of C 3 -C 20 -alkenyl radicals or C 3 -C -alkenyl radicals are allyl, oleyl, linolyl and linolenyl.
Beispiele für C5-Ci2-Cycloalkyreste bzw. Cs-Cs-Cycloalkyreste sind Cyclopentyl, Me- thylcyclopentyl, Cyclohexyl, Methylcyclohexyl, Dimethylcyclohexyl und Cycloheptyl.Examples of C 5 -C 12 cycloalkyl radicals or C 5 -C 8 cycloalkyl radicals are cyclopentyl, methylcyclopentyl, cyclohexyl, methylcyclohexyl, dimethylcyclohexyl and cycloheptyl.
Beispiele für C7-C2o-Arylalkylreste bzw. C7-Ci2-Arylalkylreste sind Benzyl, 1-Phenyl- ethyl, 2-Phenylethyl, 3-Phenylpropyl, 4-Phenylbutyl und o-, m- oder p-Methylbenzyl.Examples of C7-C20-arylalkyl radicals or C7-C12-arylalkyl radicals are benzyl, 1-phenylethyl, 2-phenylethyl, 3-phenylpropyl, 4-phenylbutyl and o-, m- or p-methylbenzyl.
In einer bevorzugten Ausführungsform bezeichnet die Variable R1 einen hydrolysierba- ren Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, insbesondere einen tert.-Butylrest.In a preferred embodiment, the variable R 1 denotes a hydrolyzable alkyl radical having 1 to 8 carbon atoms, in particular a tert-butyl radical.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bedeuten die Variablen R2, R3 und R4 unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Methylgruppe, insbesondere bedeuten alle drei Variablen R2, R3 und R4 Wasserstoff.In a further preferred embodiment, the variables R 2 , R 3 and R 4 independently of one another are hydrogen or a methyl group, in particular all three variables R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen.
Die verbrückende Variable A steht vorzugsweise für eine Methylengruppe, eine 1 ,1-Ethylengruppe, eine 1 ,2-Ethylengruppe, eine 1 ,3-Propylengruppe, eine 1 ,4-Bu- tylengruppe oder eine 2,2-Propandiylgruppe.The bridging variable A preferably represents a methylene group, a 1,1-ethylene group, a 1,2-ethylene group, a 1,3-propylene group, a 1,4-butylene group or a 2,2-propanediyl group.
Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Epoxyether der allgemeinen Formel I um tert.-Butylglycidylether.With very particular preference, the epoxy ether of the general formula I is tert-butyl glycidyl ether.
Epoxyether der allgemeinen Formel I sind als Stoffe prinzipiell bekannt und daher allgemein zugänglich. Sie können, wenn sie nicht käuflich zu erwerben sind, nach dem Fachmann bekannten einschlägigen Verfahren hergestellt werden.Epoxy ethers of the general formula I are known in principle as substances and are therefore generally available. If they can not be purchased, they may be prepared by methods known to those skilled in the art.
Die Epoxyether I wirken in vorteilhafter weise als Initiatoren in der kationischen Polymerisation kationisch polymerisierbarer ethylenisch ungesättigter Monomere. Es werden Polymere erhalten, die an einem Ende der Polymerkette in der Endgruppe eine Doppelbindung enthalten, die durch den Initiator eingeführt wurde. Die vom Dicumyl- chlorid bekannten Nebenreaktionen sind nicht möglich. Üblicherweise werden die beschriebenen Epoxyether I in ihrer Funktion als Initiatoren in Mengen von 0,001 bis 10 mol-%, insbesondere 0,01 bis 7 mol-%, vor allem 0,05 bis 5 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge an kationisch polymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomeren, eingesetzt.The epoxy ethers I act advantageously as initiators in the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomers. Polymers are obtained which contain at one end of the polymer chain in the end group a double bond introduced by the initiator. The side reactions known from dicumyl chloride are not possible. Usually, the described epoxy ethers I in their function as initiators in amounts of 0.001 to 10 mol%, in particular 0.01 to 7 mol%, especially 0.05 to 5 mol%, based on the total amount of cationically polymerizable ethylenic unsaturated monomers used.
Die mit Hilfe der Epoxyether I als Initiatoren erhaltenen Polymere enthalten am entgegengesetzten Ende der Polymerkette eine Hydroxygruppe, die aus der Epoxidfunktion stammt, und die Etherfunktion R1-O-A-. Durch nachfolgende Hydrolyse dieser Ether- funktion kann an diesem Kettenende eine zweite Hydroxygruppe generiert werden, welche weiter funktionalisiert werden kann.The polymers obtained with the aid of the epoxy ethers I as initiators contain at the opposite end of the polymer chain a hydroxy group derived from the epoxide function and the ether function R 1 -OA-. By subsequent hydrolysis of this ether function, a second hydroxy group can be generated at this chain end, which can be further functionalized.
Daher sind auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung Polymere, die durch das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren erhältlich sind. Die Endgruppen dieser Polymere weisen insbesondere C=C-Doppelbindungen auf.Therefore, the present invention also provides polymers obtainable by the process according to the invention described. The end groups of these polymers have in particular C = C double bonds.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der beschriebenen Epoxyether der allgemeinen Formel I als Initiatoren für die kationische Polymerisation kationisch polymerisierbarer ethylenisch ungesättigter Monomorer in Gegenwart einer oder mehrerer Lewis-Säuren.The present invention also provides for the use of the described epoxy ethers of the general formula I as initiators for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomorers in the presence of one or more Lewis acids.
Als kationisch polymerisierbare, ethylenisch ungesättigte Monomere kommen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vor allem elektronenreiche Olefinderivate in Betracht. Bevorzugt eingesetzt werden Isobuten, vinylaromatische Verbindungen wie Styrol oder α-Methylstyrol oder Cs-do-lsoolefine wie 2-Methylbuten-1 , 2-Methylpenten- 1 , 2-Methylhexen-1 , 2-Ethylpenten-1 , 2-Ethylhexen-1 oder 2-Propylhepten-1. Vorzugsweise dient das Verfahren der Herstellung von Homo-, Co- oder Blockcopolymeren des Isobutens.Suitable cationically polymerizable, ethylenically unsaturated monomers are, in the context of the process according to the invention, in particular electron-rich olefin derivatives. Preference is given to using isobutene, vinylaromatic compounds such as styrene or α-methylstyrene or Cs-do-isoolefins such as 2-methylbutene-1, 2-methylpentene-1, 2-methylhexene-1,2-ethyl-pentene-1,2-ethylhexene-1 or 2-Propylhepten -1. Preferably, the process is used to produce homo-, co- or block copolymers of isobutene.
Als Isobuten-Einsatzstoffe eignen sich sowohl Isobuten selbst als auch isobutenhaltige C4-Kohlenwasserstoffströme, beispielsweise C4-Raffinate, C4-Schnitte aus der Isobuten-Dehydrierung, C4-Schnitte aus Steamcrackern, FCC-Crackern (FCC: Fluid Cataly- zed Cracking), sofern sie weitgehend von darin enthaltenem 1 ,3-Butadien befreit sind. Erfindungsgemäß geeignete C4-Kohlenwasserstoffströme enthalten in der Regel weniger als 500 ppm, vorzugsweise weniger als 200 ppm Butadien. Bei Einsatz von C4-Schnitten oder C4-Raffinaten als Einsatzmaterial übernehmen die von Isobuten verschiedenen Kohlenwasserstoffe die Rolle eines inerten Lösungsmittels.Suitable isobutene feedstocks are isobutene itself as well as isobutene-containing C4 hydrocarbon streams, for example C4 raffinates, C4 cuts from isobutene dehydrogenation, C4 cuts from steam crackers, FCC crackers (FCC: Fluid Catalyzed Cracking), insofar as they are largely exempt from 1, 3-butadiene contained therein. C4 hydrocarbon streams suitable according to the invention generally contain less than 500 ppm, preferably less than 200 ppm of butadiene. When using C4 cuts or C4 raffinates as the feedstock, hydrocarbons other than isobutene play the role of an inert solvent.
Es können auch Monomermischungen des Isobutens mit anderen ethylenisch ungesättigten Monomeren, welche mit Isobuten unter kationischen Polymerisationsbedingun- gen copolymerisierbar sind, umgesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem zur Blockcopolymerisation von Isobuten mit unter kationischen Polymerisationsbedingungen polymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Comonomeren geeig- net. Sofern Monomermischungen des Isobutens mit geeigneten Comonomeren poly- merisiert werden sollen, kann der Gehalt an Isobuten, je nach Bedarf, in weiten Bereichen variieren. Bevorzugt enthält die Monomermischung mehr als 60 Gew.-%, insbesondere mehr als 80 Gew.-%, und, besonders bevorzugt, mehr als 95 Gew.-% Isobu- ten, und weniger als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, und insbesondere weniger als 5 Gew.-%, Comonomere.It is also possible to react monomer mixtures of isobutene with other ethylenically unsaturated monomers which are copolymerizable with isobutene under cationic polymerization conditions. The process according to the invention is also suitable for the block copolymerization of isobutene with ethylenically unsaturated comonomers polymerizable under cationic polymerization conditions. net. If monomer mixtures of isobutene are to be polymerized with suitable comonomers, the content of isobutene can vary within wide limits, as required. Preferably, the monomer mixture contains more than 60 wt .-%, in particular more than 80 wt .-%, and, more preferably, more than 95 wt .-% isobutene, and less than 40 wt .-%, preferably less than 20 Wt .-%, and in particular less than 5 wt .-%, comonomers.
Als Comonomere in Monomermischungen mit Isobuten kommen andere ethylenisch ungesättigte Monomere wie Vinylaromaten, beispielsweise Styrol oder Ci-C4-AIkVl- styrole wie 2-, 3- oder 4-Methylstyrol und 4-tert.-Butylstyrol, n-Buten sowie Cs-do-lso- olefine wie 2-Methylbuten-1 , 2-Methylpenten-1 , 2-Methylhexen-1 , 2-Ethylpenten-1 , 2- Ethylhexen-1 oder 2-Propylhepten-1 in Betracht. Weiterhin können andere elektronenreiche Olefinderivate als Comonomere eingesetzt werden. Als Comonomere kommen weiterhin Olefine in Betracht, die eine Silylgruppe aufweisen wie 1-Trimethoxysilyl- ethen, 1-(Trimethoxysilyl)propen, 1-(Trimethoxysilyl)-2-methylpropen-2, 1-[Tri(methoxy- ethoxy)si-lyl]ethen, 1-[Tri(methoxyethoxy)silyl]propen, oder 1-[Tri(meth-oxyethoxy)silyl]- 2-methylpropen-2.Comonomers in monomer mixtures with isobutene are other ethylenically unsaturated monomers such as vinylaromatics, for example styrene or C 1 -C 4 -alkyl styrenes such as 2-, 3- or 4-methylstyrene and 4-tert-butylstyrene, n-butene and Cs-do -olefins such as 2-methylbutene-1, 2-methylpentene-1, 2-methylhexene-1, 2-ethylpentene-1, 2-ethylhexene-1 or 2-propylheptene-1. Furthermore, other electron-rich olefin derivatives can be used as comonomers. Other suitable comonomers are olefins which have a silyl group, such as 1-trimethoxysilyl ethene, 1- (trimethoxysilyl) propene, 1- (trimethoxysilyl) -2-methylpropene-2, 1- [tri (methoxyethoxy) -silyl ] ethene, 1- [tri (methoxyethoxy) silyl] propene, or 1- [tri (methoxyethoxy) silyl] -2-methylpropene-2.
Als Lewis-Säuren kommen im erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen kovalen- te Metallhalogenide oder Halbmetallhalogenide, die eine Elektronenpaarlücke aufweisen, in Betracht. Auch Mischungen von mehreren Lewis-Säuren können eingesetzt werden. Derartige Verbindungen sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus JP. Kennedy et al. in US 4,946,889, US 4,327,201 , US 5,169,914, EP-A-206 756, EP-A-265 053 sowie umfassend in J. P. Kennedy, B. Ivan, "Designed Polymers by Car- bocationic Macromolecular Engineering", Oxford University Press, New York, 1991. Für die Isobuten-Polymerisation besonders bevorzugte Lewis-Säuren sind Titantetrachlorid, Bortrichlorid oder Bortrifluorid, insbesondere Titantetrachlorid.Suitable Lewis acids in the process according to the invention are essentially covalent metal halides or semimetallic halides which have an electron pair gap. Mixtures of several Lewis acids can also be used. Such compounds are known in the art, for example from JP. Kennedy et al. in US 4,946,889, US 4,327,201, US 5,169,914, EP-A-206 756, EP-A-265 053 and JP Kennedy, B. Ivan, "Designed Polymers by Carboc- tic Macromolecular Engineering", Oxford University Press, New York 1991. Particularly preferred Lewis acids for isobutene polymerization are titanium tetrachloride, boron trichloride or boron trifluoride, in particular titanium tetrachloride.
Die Lewis-Säure oder das Gemisch von Lewis-Säuren wird in einer Menge eingesetzt, die zur Bildung eines Initiatorkomplexes aus einer oder mehreren Lewis-Säuren und einem oder mehreren Epoxyethern I als Initiatoren ausreicht. Das Molverhältnis von Lewis-Säuren zu Initiatoren beträgt im Allgemeinen von 10 : 1 bis von 1 : 1 , insbesondere von 2,5 bis von 1 : 1.The Lewis acid or mixture of Lewis acids is used in an amount sufficient to form an initiator complex of one or more Lewis acids and one or more epoxy ethers I as initiators. The molar ratio of Lewis acids to initiators is generally from 10: 1 to 1: 1, especially from 2.5 to 1: 1.
Es hat sich bewährt, die kationische Polymerisation im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich in Gegenwart eines Elektronendonors oder der Mischung mehrerer Elektronendonoren durchzuführen. Als Elektronendonoren kommen aprotische organische Verbindungen in Betracht, die ein an einem Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefelatom befindliches, freies Elektronenpaar aufweisen. Bevorzugte Donorverbindungen sind ausgewählt unter: Pyridinen wie Pyridin selbst, α-, ß- oder γ-Picolin und 2,6-Dimethyl- pyridin, sowie sterisch gehinderten Pyridinen wie 2,6-Diisopropylpyridin oder 2,6-Di- tert-butylpyridin; Amiden, insbesondere N,N-Dialkylamiden von aliphatischen oder aromatischen Carbonsäuren wie N,N-Dimethylacetamid; Lactamen, insbesondere N-Alkyllactamen wie N-Methylpyrrolidon; Ethern, z.B. Dialkylethern wie Diethylether oder Diisopropylether, cyclischen Ethern, wie Tetrahydrofuran; Aminen, insbesondere Trialkylaminen wie Triethylamin; Estern, insbesondere Ci-C4-Alkylestern aliphatischer Ci-Cδ-Carbonsäuren wie Ethylacetat; Thioethern, insbesondere Dialkylthioethern oder Alkylarylthioethern, wie Methylphenylsulfid; Sulfoxiden, insbesondere Dialkylsulfoxiden, wie Dimethylsulfoxid; Nitrilen, insbesondere Alkylnitrilen wie Acetonitril oder Propionitril; Phosphinen, insbesondere Trialkylphosphinen oder Triarylphosphinen wie Trimethyl- phosphin, Triethylphosphin, Tri-n-butylphosphin oder Triphenylphosphin; oder nicht polymerisierbaren, aprotischen siliziumorganischen Verbindungen, die wenigstens einen über Sauerstoff gebundenen organischen Rest aufweisen.It has proven useful to carry out the cationic polymerization in the inventive process additionally in the presence of an electron donor or the mixture of several electron donors. Suitable electron donors are aprotic organic compounds which have a free electron pair located on a nitrogen, oxygen or sulfur atom. Preferred donor compounds are selected from: pyridines such as pyridine itself, α-, ß- or γ-picoline and 2,6-dimethyl-pyridine, and sterically hindered pyridines such as 2,6-diisopropylpyridine or 2,6-di-tert-butylpyridine; Amides, in particular N, N-dialkylamides of aliphatic or aromatic carboxylic acids such as N, N-dimethylacetamide; Lactams, in particular N-alkyl lactams such as N-methylpyrrolidone; Ethers, for example dialkyl ethers, such as diethyl ether or diisopropyl ether, cyclic ethers, such as tetrahydrofuran; Amines, in particular trialkylamines such as triethylamine; Esters, in particular C 1 -C 4 -alkyl esters of aliphatic C 1 -C 6 -carboxylic acids, such as ethyl acetate; Thioethers, in particular dialkylthioethers or alkylarylthioethers, such as methylphenylsulfide; Sulfoxides, in particular dialkyl sulfoxides, such as dimethyl sulfoxide; Nitriles, in particular alkylnitriles such as acetonitrile or propionitrile; Phosphines, in particular trialkylphosphines or triarylphosphines such as trimethylphosphine, triethylphosphine, tri-n-butylphosphine or triphenylphosphine; or non-polymerizable, aprotic, organosilicon compounds which have at least one oxygen-bonded organic radical.
Unter den vorgenannten Donoren sind Pyridin, insbesondere Picoline, oder sterisch gehinderte Pyridin-Derivate sowie insbesondere siliziumorganische Verbindungen be- vorzugt. Beispiele für derartige bevorzugte siliziumorganische Verbindungen sind Di- methoxydiisopropylsilan, Dimethoxyisobutylisopropylsilan, Dimethoxydi-isobutylsilan, Dimethoxydicyclopentylsilan, Dimethoxyisobutyl-2-butylsilan, Diethoxyisobutylisopro- pylsilan, Triethoxytoluylsilan, Triethoxybenzylsilan oder Triethoxyphenylsilan.Among the abovementioned donors, pyridine, in particular picolines, or sterically hindered pyridine derivatives, and in particular organosilicon compounds, are preferred. Examples of such preferred organosilicon compounds are dimethoxydiisopropylsilane, dimethoxyisobutylisopropylsilane, dimethoxydiisobutylsilane, dimethoxydicyclopentylsilane, dimethoxyisobutyl-2-butylsilane, diethoxyisobutylisopropylsilane, triethoxytoluylsilane, triethoxybenzylsilane or triethoxyphenylsilane.
Die kationische Polymerisation wird üblicherweise als Lösungspolymerisation durchgeführt. Als Lösungsmittel kommen alle niedermolekularen, organischen Verbindungen oder deren Gemische in Betracht, die eine geeignete niedrige Dielektrizitätskonstante und keine abstrahierbaren Protonen aufweisen und die unter den kationischen Polymerisationsbedingungen flüssig sind. Bevorzugte Lösungsmittel sind Kohlenwasserstoffe, z.B. acyclische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8, vorzugsweise 3 bis 8 Kohlenstoffatomen wie Ethan, Iso- oder n-Propan, n-Butan oder seine Isomeren, n-Pentan oder seine Isomeren, n-Hexan oder seine Isomeren, sowie n-Heptan oder seine Isomeren, sowie n-Octan oder seine Isomeren, cyclische Alkane mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen wie Cyc- lopentan, Methylcyclopentan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Cycloheptan, acyclische Alkene mit vorzugsweise 2 bis 8 Kohlenstoffatomen wie Ethen, Iso- oder n-Propen, n- Buten, n-Penten, n-Hexen oder n-Hepten, cyclische Olefine wie Cyclopenten, Cyclohe- xen oder Cyclohepten, aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol, XyIoI, Ethylbenzol, sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe wie halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Chlormethan, Dichlormethan, Trichlormethan, Chlorethan, 1 ,2-Dichlorethan oder 1 ,1 ,1-Trichlorethan oder 1 -Chlorbutan, sowie halogenierte aromatische Kohlenwasserstoffe wie Chlorbenzol oder Fluorbenzol. Werden als Lösungsmittel halogenierte Kohlenwasserstoffe verwendet, so umfassen die möglichen halogenierten Kohlenwasserstoffe keine Verbindungen, bei denen Halogenatome an sekundären oder tertiären Kohlenstoffatomen sitzen. Bei der Polymerisation von Isobuten als ethylenisch unge- sättigtem Monomer und der Verwendung von Einsatzmaterial aus C4-Schnitten oder C4-Raffinaten übernehmen die von Isobuten verschiedenen Kohlenwasserstoffe die Rolle eines inerten Lösungsmittels. Besonders bevorzugte Lösungsmittel sind aromatische Kohlenwasserstoffe, wobei Toluol insbesondere bevorzugt ist. Ebenfalls bevorzugt sind Lösungsmittelgemische, die wenigstens einen halogenierten Kohlenwasserstoff und wenigstens einen aliphati- schen oder aromatischen Kohlenwasserstoff umfassen. Insbesondere umfasst das Lösungsmittelgemisch Hexan und Chlormethan oder Dichlormethan, sowie Gemische aus Hexan und Chlormethan und Dichlormethan. Das Volumenverhältnis von Kohlenwasserstoff zu halogeniertem Kohlenwasserstoff liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 1 :10 bis von 10:1 , besonders bevorzugt im Bereich von 4:1 bis von 1 :4 und insbesondere im Bereich von 2:1 bis von 1 :2.The cationic polymerization is usually carried out as a solution polymerization. Suitable solvents are all low molecular weight, organic compounds or mixtures thereof which have a suitable low dielectric constant and no abstractable protons and which are liquid under the cationic polymerization conditions. Preferred solvents are hydrocarbons, for example acyclic hydrocarbons having 2 to 8, preferably 3 to 8 carbon atoms, such as ethane, iso- or n-propane, n-butane or its isomers, n-pentane or its isomers, n-hexane or its isomers, and n-heptane or its isomers, and also n-octane or its isomers, cyclic alkanes having 5 to 8 carbon atoms, such as cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, acyclic alkenes having preferably 2 to 8 carbon atoms, such as ethene, iso or n Propene, n-butene, n-pentene, n-hexene or n-heptene, cyclic olefins such as cyclopentene, cyclohexene or cycloheptene, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, ethylbenzene and halogenated hydrocarbons such as halogenated aliphatic hydrocarbons, eg chloromethane, Dichloromethane, trichloromethane, chloroethane, 1, 2-dichloroethane or 1, 1, 1-trichloroethane or 1-chlorobutane, and halogenated aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene or Fluorobenzene. When halogenated hydrocarbons are used as the solvent, the possible halogenated hydrocarbons do not include compounds in which halogen atoms are attached to secondary or tertiary carbon atoms. In the polymerization of isobutene as an ethylenically unsaturated monomer and the use of feedstock from C4 cuts or C4 raffinates, the hydrocarbons other than isobutene play the role of an inert solvent. Particularly preferred solvents are aromatic hydrocarbons, toluene being particularly preferred. Also preferred are solvent mixtures comprising at least one halogenated hydrocarbon and at least one aliphatic or aromatic hydrocarbon. In particular, the solvent mixture comprises hexane and chloromethane or dichloromethane, as well as mixtures of hexane and chloromethane and dichloromethane. The volume ratio of hydrocarbon to halogenated hydrocarbon is preferably in the range of 1:10 to 10: 1, more preferably in the range of 4: 1 to 1: 4 and in particular in the range of 2: 1 to 1: 2.
Die kationische Polymerisation wird üblicherweise unter weitgehend aprotischen, insbesondere weitgehend wasserfreien Reaktionsbedingungen durchführt. Unter weitgehend aprotischen beziehungsweise weitgehend wasserfreien Reaktionsbedingungen versteht man, dass der Wassergehalt (bzw. der Gehalt an protischen Verunreinigun- gen) im Reaktionsgemisch weniger als 50 ppm, und insbesondere weniger als 5 ppm beträgt. In der Regel wird man daher die Einsatzstoffe vor ihrer Verwendung physikalisch und/oder durch chemische Maßnahmen trocknen. Beispielsweise kann man die als Lösungsmittel eingesetzten aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffe nach üblicher Vorreinigung und Vortrocknung mit einer metallorganischen Ver- bindung, beispielsweise einer Organolithium-, Organomagnesium- oder Organoalumi- nium-Verbindung, in einer zur Entfernung von Wasserspuren aus dem Lösungsmittel ausreichenden Menge versetzen. Das so behandelte Lösungsmittel wird dann direkt in das Reaktionsgefäß einkondensiert. In ähnlicher Weise kann man auch mit den zu polymerisierenden Monomeren, insbesondere dem Isobuten, verfahren.The cationic polymerization is usually carried out under largely aprotic, in particular largely anhydrous reaction conditions. Under largely aprotic or largely anhydrous reaction conditions it is understood that the water content (or the content of protic impurities) in the reaction mixture is less than 50 ppm, and in particular less than 5 ppm. As a rule, therefore, the feedstocks will be dried physically and / or by chemical means before being used. For example, the aliphatic or cycloaliphatic hydrocarbons used as solvent can be added after usual pre-cleaning and predrying with an organometallic compound, for example an organolithium, organomagnesium or organoaluminum compound, in an amount sufficient to remove traces of water from the solvent. The solvent thus treated is then condensed directly into the reaction vessel. In a similar manner, it is also possible to use the monomers to be polymerized, in particular the isobutene.
In der Regel führt man die kationische Polymerisation nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Temperaturen unterhalb 0°C, z. B. im Bereich von 0 bis -140°C, vorzugsweise im Bereich von -10 bis -120°C, und besonders bevorzugt im Bereich von -20 bis -110°C durch. Der Reaktionsdruck ist im Allgemeinen von untergeordneter Be- deutung.As a rule, the cationic polymerization is carried out by the process according to the invention at temperatures below 0 ° C., for. In the range of 0 to -140 ° C, preferably in the range of -10 to -120 ° C, and more preferably in the range of -20 to -110 ° C. The reaction pressure is generally of minor importance.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die beschriebenen Epoxyether-Initiatoren vor Polymerisationsbeginn durch Zugabe einer Teilmenge oder der gesamten Menge der verwendeten Lewis-Säuren und/oder Elektronendonoren zu aktivieren, um Polymere mit besseren Eigenschaften wie beispielsweise einem niedrigeren Polydispersitätsin- dex PDI zu erhalten. So umfaßt eine typische Ausführungsform der erfindungsgemäßen kationischen Polymerisation das gemeinsame Lösen der verwendeten Epoxyether I zusammen mit den Lewis-Säuren und/oder Elektronendonoren in einem geeigneten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch vor Zugabe der Monomeren. Die Abführung der Reaktionswärme kann in üblicher weise erfolgen, beispielsweise durch Wandkühlung oder unter Ausnutzung einer Siedekühlung, oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen. Bei Siedekühlung hat sich insbesondere die Verwendung von Ethen oder Mischungen von Ethen mit den oben als bevorzugt genannten Lo- sungsmitteln bewährt.It has proven to be advantageous to activate the described epoxyether initiators before the start of polymerization by adding a partial amount or the entire amount of the Lewis acids and / or electron donors used in order to obtain polymers having better properties, for example a lower polydispersity index PDI. Thus, a typical embodiment of the cationic polymerization according to the invention comprises the co-dissolution of the epoxy ethers I used together with the Lewis acids and / or electron donors in a suitable solvent or solvent mixture before addition of the monomers. The removal of the heat of reaction can be carried out in the usual way, for example by wall cooling or by utilizing a boiling cooling, or by a combination of these measures. In the case of evaporative cooling, the use of ethene or mixtures of ethene with the solvents mentioned above as being preferred has proven particularly useful.
Zur Herstellung von Blockcopolymeren kann das distale Kettenende, d.h. das vom Initiator abgewandte Ende des Polymers, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, beispielsweise das distale Kettenende des Isobutenpo- lymers, mit Comonomeren, wie den oben aufgeführten, z.B. Vinylaromaten, umgesetzt werden. So kann man beispielsweise zuerst Isobuten homopolymerisieren und anschließend das Comonomer zusetzen. Das dabei neu entstehende Comonomer- stämmige reaktive Kettenende wird entweder desaktiviert oder nach einer der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen unter Ausbildung einer funktionellen End- gruppe terminiert oder zur Bildung höherer Blockcopolymere beispielsweise erneut mit Isobuten umgesetzt.For the preparation of block copolymers, the distal chain end, i. the end of the polymer removed from the initiator and obtained by the cationic polymerization process, for example the distal chain end of the isobutene polymer, with comonomers such as those listed above, e.g. Vinyl aromatics, be implemented. For example, it is possible first to homopolymerize isobutene and then to add the comonomer. The thereby emerging comonomer-containing reactive chain end is either deactivated or terminated according to one of the embodiments described below to form a functional end group or, for example, reacted again with isobutene to form higher block copolymers.
Zum Reaktionsabbruch werden die lebenden Kettenenden desaktiviert, beispielsweise durch Zugabe einer protischen Verbindung, insbesondere durch Zugabe von Wasser, Alkoholen wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol, sec.-Butanol oder tert.-Butanol, oder deren Mischungen mit Wasser.For termination of the reaction, the living chain ends are deactivated, for example by adding a protic compound, in particular by adding water, alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol or tert-butanol, or their mixtures with water.
Um difunktionelle (telechele) Polymere, beispielsweise Isobutenpolymere, durch das Verfahren der kationischen Polymerisation zu erhalten, terminiert man das distale, das heißt das reaktive Kettenende unter Ausbildung einer ethylenisch ungesättigten Gruppe, wobei man z. B. das reaktive Kettenende mit einem Terminierungsreagenz umsetzt, das an das Kettenende eine ethylenisch ungesättigte Gruppe anfügt oder geeignet behandelt, um das reaktive Kettenende in eine solche Gruppe umzuwandeln.In order to obtain difunctional (telechelic) polymers, for example isobutene polymers, by the process of cationic polymerization, one terminates the distal, that is to say the reactive, chain end to form an ethylenically unsaturated group, it being possible, for example, to obtain B. Reacting the reactive chain end with a terminating reagent which adds or appropriately treats an ethylenically unsaturated group at the chain end to convert the reactive chain end into such a group.
In einer Ausführungsform wird das reaktive Kettenende durch Zugabe einer Trialkylal- lylsilanverbindung, z.B. Trimethylallylsilan, terminiert. Die Verwendung der Allylsilane führt zum Abbruch der kationischen Polymerisation unter Einführung eines Allylrestes am Polymerkettenende, wie beispielsweise beschrieben in EP 264 214.In one embodiment, the reactive chain end is prepared by adding a trialkylalylsilane compound, e.g. Trimethylallylsilane, terminated. The use of the allyl silanes leads to the termination of the cationic polymerization with the introduction of an allyl radical at the polymer chain end, as described, for example, in EP 264 214.
In einer weiteren Ausführungsform wird das reaktive Kettenende thermisch, beispielsweise durch Erwärmen auf eine Temperatur von 70 bis 2000C, oder durch Behandlung mit einer Base in eine Methyliden-Doppelbindung übergeführt. Geeignete Basen sind z.B. Alkalimetallalkoxide wie Natriummethanolat, Natriumethanolat oder Kalium-tert.- Butanolat, basisches Aluminiumoxid, Alkalimetallhydroxide wie Natriumhydroxid, oder tertiäre Amine wie Pyridin oder Tributylamin. Geeignete Basen sind in der Schrift: Kennedy et al., Polymer Bulletin 1985, 13, 435-439, beschrieben. Bevorzugt wird Kalium- tert.-butylat verwendet. In einer weiteren Ausführungsform wird das reaktive Kettenende mit einem konjugierten Dien, z.B. Butadien, umgesetzt, wie in DE-A 40 25 961 beschrieben.In another embodiment, the reactive chain end is thermally converted, for example, by heating to a temperature of 70 to 200 0 C, or by treatment with a base in a methylidene double bond. Suitable bases include alkali metal alkoxides such as sodium methoxide, sodium ethoxide or potassium tert-butoxide, basic alumina, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, or tertiary amines such as pyridine or tributylamine. Suitable bases are described in the specification: Kennedy et al., Polymer Bulletin 1985, 13, 435-439. Preferably, potassium tert-butoxide is used. In a further embodiment, the reactive chain end is reacted with a conjugated diene, for example butadiene, as described in DE-A 40 25 961.
In einer weiteren Ausführungsform werden durch Zusatz eines Kopplungsmittels zwei oder mehrere lebende Polymerketten gekoppelt. "Kopplung" bedeutet die Ausbildung von chemischen Bindungen zwischen den reaktiven Kettenenden und dem Kopplungsmittel, so dass zwei oder mehrere Polymerketten zu einem Molekül verbunden werden.In a further embodiment, two or more living polymer chains are coupled by the addition of a coupling agent. "Coupling" means the formation of chemical bonds between the reactive chain ends and the coupling agent such that two or more polymer chains are joined to form a molecule.
Geeignete Kopplungsmittel weisen beispielsweise wenigstens zwei allylständig zur gleichen oder verschiedenen Doppelbindungen angeordnete elektrofuge Austrittsgruppen, z.B. Trialkylsilylgruppen, auf, so dass sich das kationische Zentrum eines reaktiven Kettenendes in einer konzertierten Reaktion unter Abspaltung der Austrittsgruppe und Verschiebung der Doppelbindung anlagern kann. Andere Kopplungsmittel weisen wenigstens ein konjugiertes System auf, an das sich das kationische Zentrum eines reaktiven Kettenendes unter Ausbildung eines stabilisierten Kations elektrophil addieren kann. Durch Abspaltung einer Austrittsgruppe, z.B. eines Protons, entsteht dann unter Rückbildung des konjugierten Systems eine stabile Bindung zu der Polymerkette. Mehrere dieser konjugierten Systeme können durch inerte Spacer miteinander verbun- den sein.Suitable coupling agents include, for example, at least two electrolytic leaving groups, all of which are allylated to the same or different double bonds, e.g. Trialkylsilylgruppen, so that the cationic center of a reactive chain end can attach in a concerted reaction with cleavage of the leaving group and displacement of the double bond. Other coupling agents have at least one conjugated system to which the cationic center of a reactive chain end can add electrophilically to form a stabilized cation. By cleavage of a leaving group, e.g. of a proton, the formation of a stable bond to the polymer chain ensues as the conjugated system is reformed. Several of these conjugated systems can be linked by inert spacers.
Zu den geeigneten Kopplungsmitteln zählen:Suitable coupling agents include:
(i) Verbindungen, die wenigstens zwei 5-gliedrige Heterocyclen mit einem unter Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff ausgewählten Heteroatom aufweisen, z.B. organische Verbindungen, die wenigstens zwei Furanringe aufweisen, wie(i) Compounds having at least two 5-membered heterocycles having a heteroatom selected from oxygen, sulfur and nitrogen, e.g. organic compounds having at least two furan rings, such as
Q→-QQ → Q
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worin R für Ci-Cio-Alkylen steht, vorzugsweise Methylen oder 2,2-Propandiyl; (ii) Verbindungen mit wenigstens zwei allylständigen Trialkylsilylgruppen, wiewherein R is Ci-Cio-alkylene, preferably methylene or 2,2-propanediyl; (ii) compounds having at least two allyl-containing trialkylsilyl groups, such as
1 ,1-Bis(trialkylsilylmethyl)ethylene, z.B. 1 ,1-Bis(trimethylsilylmethyl)ethylen, oder Bis[(trialkylsilyl)-propenyl]benzole, z.B.1,1-bis (trialkylsilylmethyl) ethylene, e.g. 1,1-bis (trimethylsilylmethyl) ethylene, or bis [(trialkylsilyl) propenyl] benzenes, e.g.
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(worin Me für Methyl steht),(where Me is methyl),
(iii) Verbindungen mit wenigstens zwei konjugiert zu jeweils zwei aromatischen Ringen angeordneten Vinylidengruppen wie Bis-diphenylethylene, z.B.(iii) compounds having at least two vinylidene groups conjugated to each two aromatic rings, such as bis-diphenylethylenes, e.g.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Kopplungsmittel sind dem Fachmann bekannt und die Kopplungsreaktion kann in analoger Weise zu den in folgenden Literaturstellen beschriebenen Umsetzungen durchgeführt werden: R. Faust, S. Hadjikyria- cou, Macromolecules 2000, 33, 730-733; R. Faust, S. Hadjikyriacou, Macromolecules 1999, 32, 6393-6399; R. Faust, S. Hadjikyriacou, Polym. Bull. 1999, 43, 121-128; R. Faust, Y. Bae, Macromolecules 1997, 30, 198; R. Faust, Y. Bae, Macromolecules 1998, 31 , 2480; R. Storey, Maggio, Polymer Preprints 1998, 39, 327-328; WO 99/24480; US 5,690,861 und US 5,981 ,785.Coupling agents suitable for the process according to the invention are known to the person skilled in the art and the coupling reaction can be carried out analogously to the reactions described in the following references: R. Faust, S. Hadjikyria cou, Macromolecules 2000, 33, 730-733; R. Faust, S. Hadjikyriacou, Macromolecules 1999, 32, 6393-6399; R. Faust, S. Hadjikyriacou, Polym. Bull. 1999, 43, 121-128; R. Faust, Y. Bae, Macromolecules 1997, 30, 198; R. Faust, Y. Bae, Macromolecules 1998, 31, 2480; R. Storey, Maggio, Polymer Preprints 1998, 39, 327-328; WO 99/24480; US 5,690,861 and US 5,981,785.
Die Kopplung erfolgt in der Regel in Gegenwart einer Lewis-Säure, wobei sich solche Lewis-Säuren eignen, die auch zur Durchführung der eigentlichen Polymerisations- reaktion verwendbar sind. Zur Durchführung der Kopplungsreaktion sind außerdem auch die gleichen Lösungsmittel und Temperaturen geeignet, wie man sie zur Durchführung der eigentlichen Polymerisationsreaktion wählt. Zweckmäßigerweise kann man die Kopplung daher als Eintopfreaktion im Anschluß an die Polymerisationsreaktion im gleichen Lösungsmittel in Gegenwart der zur kationischen Polymerisation eingesetzten Lewis-Säure durchführen. Üblicherweise verwendet man eine molare Menge des Kopplungsmittels, die etwa dem Quotienten der zur kationischen Polymerisation verwendeten molaren Menge des Initiators der Formel (I) dividiert durch die Zahl der Kopplungsstellen des Kopplungsmittels entspricht.The coupling is usually carried out in the presence of a Lewis acid, with such Lewis acids are suitable, which are also useful for carrying out the actual polymerization reaction. In addition, the same solvents and temperatures are suitable for carrying out the coupling reaction as are chosen for carrying out the actual polymerization reaction. Conveniently, the coupling can therefore be used as a one-pot reaction following the polymerization reaction in the perform the same solvent in the presence of the Lewis acid used for cationic polymerization. Usually, a molar amount of the coupling agent is used which corresponds approximately to the quotient of the molar amount of the initiator of the formula (I) used for cationic polymerization divided by the number of coupling sites of the coupling agent.
Nach der Terminierung oder Kopplung wird in der Regel das Lösungsmittel in geeigneten Aggregaten wie Rotations-, Fallfilm- oder Dünnschichtverdampfern oder durch Entspannung der Reaktionslösung entfernt.After termination or coupling, the solvent is usually removed in suitable units such as rotary, falling-film or thin-film evaporators or by relaxation of the reaction solution.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymere, die durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurden, wie beispielsweise Isobutenpolymere, weisen eine enge Molekulargewichtsverteilung auf. Der Polydispersi- tätsindex PDI = Mw/Mn liegt dabei vorzugsweise unterhalb von 2,0, besonders bevor- zugt unterhalb von 1 ,60, insbesondere unterhalb von 1 ,40.The polymers prepared by the process of the invention obtained by the cationic polymerization process, such as isobutene polymers, have a narrow molecular weight distribution. The polydispersity index PDI = M w / M n is preferably below 2.0, more preferably below 1.60, in particular below 1.40.
Im Prinzip sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Polymere aller Molekulargewichtsbereiche herstellbar. Im Falle von Isobutenpolymeren weisen diese meist ein durch Gelpermeationschromatographie bestimmtes zahlenmittleres Molekulargewicht Mn von 500 bis 1.000.000, insbesondere von 800 bis 200.000, vor allem von 1000 bis 50.000, auf.In principle, polymers of all molecular weight ranges can be produced by the process according to the invention. In the case of isobutene, these usually have a specific by gel permeation chromatography number average molecular weight M n of 500 to 1,000,000, in particular from 800 to 200,000, especially 1,000 to 50,000, on.
Die telechelen Polymere, die durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurden, insbesondere Isobutenpolymere, können einer der folgenden Deriva- tisierungsreaktionen unterworfen werden:The telechelic polymers obtained by the cationic polymerization process, in particular isobutene polymers, may be subjected to one of the following derivatization reactions:
Elektrophile Substitution an AromatenElectrophilic substitution on aromatics
Das Polymer, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, wie beispielsweise das Isobutenpolymer, kann in Gegenwart eines Alkylie- rungskatalysators mit einer aromatischen oder heteroaromatischen Verbindung umgesetzt werden. Geeignete aromatische und heteroaromatische Verbindungen, Katalysatoren und Reaktionsbedingungen dieser sogenannten Friedel-Crafts-Alkylierung sind beispielsweise in J. March, Advanced Organic Chemistry, 4. Auflage, Verlag John Wi- ley & Sons, S. 534-539 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird.The polymer obtained by the cationic polymerization method such as the isobutene polymer can be reacted with an aromatic or heteroaromatic compound in the presence of an alkylation catalyst. Suitable aromatic and heteroaromatic compounds, catalysts and reaction conditions of this so-called Friedel-Crafts alkylation are described, for example, in J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th Edition, Verlag John Wiley & Sons, pages 534-539, to which reference is hereby made becomes.
Besonders eignen sich aromatische Verbindungen mit 1 oder 2 oder 3 OH-Gruppen, die gegebenenfalls wenigstens einen weiteren Substituenten aufweisen können. Bevorzugte weitere Substituenten sind Methyl oder Ethyl. Besonders bevorzugt sind Phe- nol, die Kresol-Isomere, Katechol, Resorcinol, Pyrogallol, Fluoroglucinol oder die XyIe- nol-lsomere. Insbesondere werden Phenol, o-Kresol oder p-Kresol eingesetzt. Geeignete Katalysatoren sind beispielsweise AICb, AIBr3, BF3, BF3 • 2 CeH5OH, BF3[O(C2H5^b, TiCI4, SnCI4, AIEtCI2, FeCI3, SbCI5 oder SbF5. Diese Alkylierungskata- lysatoren können gemeinsam mit einem Cokatalysator, beispielsweise einem Ether, wie Dimethylether, Diethylether, Di-n-propylether oder Tetrahydrofuran, eingesetzt werden. Die Reaktion kann auch mit Protonensäuren wie Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Trifluormethansulfonsäure katalysiert werden. Organische Protonensäuren können auch in polymer gebundener Form vorliegen, beispielsweise als lonenaustau- scherharz. Geeignet sind auch Zeolithe sowie anorganische Polysäuren.Particularly suitable are aromatic compounds having 1 or 2 or 3 OH groups, which may optionally have at least one further substituent. Preferred further substituents are methyl or ethyl. Particular preference is given to phenol, the cresol isomers, catechol, resorcinol, pyrogallol, fluoroglucinol or the xylenesol isomers. In particular, phenol, o-cresol or p-cresol are used. Examples of suitable catalysts are AICb, AIBr 3 , BF 3 , BF 3 .2CoH 5 OH, BF 3 [O (C 2 H 5 -b, TiCl 4 , SnCl 4 , AIEtCl 2 , FeCl 3 , SbCl 5 or SbF 5 . The catalysts can be used together with a cocatalyst, for example an ether, such as dimethyl ether, diethyl ether, di-n-propyl ether or tetrahydrofuran The reaction can also be catalyzed with protic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid or trifluoromethanesulfonic acid For example, as an ion exchange resin, zeolites and inorganic polyacids are also suitable.
Die Alkylierung kann lösungsmittelfrei oder in einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise n-Alkane oder deren Gemische oder Alkylaromaten wie Toluol, Ethylbenzol oder XyIoI sowie halogenierte Abkömmlinge derselben.The alkylation can be carried out solvent-free or in a solvent. Suitable solvents are, for example, n-alkanes or mixtures thereof or alkylaromatics such as toluene, ethylbenzene or xylene and halogenated derivatives thereof.
Zur weiteren Funktionalisierung kann man das Polymer, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen und dann alkyliert wurde, insbesondere Polyi- sobutenylphenol, einer Umsetzung im Sinne einer Mannich-Reaktion mit wenigstens einem Aldehyd, beispielsweise Formaldehyd, und wenigstens einem Amin, das wenigstens eine primäre oder sekundäre Aminfunktion aufweist, unterziehen, wobei man eine mit einem Polymer, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, alkylierte, insbesondere eine mit Polyisobuten alkylierte und zusätzlich wenigstens teilweise aminoalkylierte Verbindung erhält. Es können auch Reaktions- und/oder Kondensationsprodukte von Aldehyd und/oder Amin eingesetzt werden. Die Herstellung kann analog der Herstellung solcher Verbindungen erfolgen, wie sie in WO 01/25 293 und WO 01/25 294 beschrieben ist, auf die hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.For further functionalization, the polymer obtained by the process for cationic polymerization and then alkylated, in particular polyisobutenylphenol, a reaction in the Mannich reaction with at least one aldehyde, for example formaldehyde, and at least one amine containing at least one primary or secondary amine function, to give a compound alkylated with a polymer obtained by the cationic polymerization process, in particular a polyisobutylene-alkylated and additionally at least partially aminoalkylated compound. It is also possible to use reaction and / or condensation products of aldehyde and / or amine. The preparation can be carried out analogously to the preparation of such compounds as described in WO 01/25 293 and WO 01/25 294, to which reference is hereby made in their entirety.
Epoxidierungepoxidation
Das Polymer, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, insbesondere Polyisobuten, kann mit einer Peroxidverbindungen epoxidiert werden. Geeignete Verfahren zur Epoxidierung sind in J. March, Advanced Organic Chemistry, 4. Auflage, Verlag John Wiley & Sons, S. 826-829 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird. Vorzugsweise wird als Peroxidverbindung wenigstens eine Persäure wie m-Chlorperbenzoesäure, Perameisensäure, Peressigsäure, Trifluorpe- ressigsäure, Perbenzoesäure oder 3,5-Dinitroperbenzoesäure eingesetzt. Die Herstellung der Persäuren kann in situ aus den entsprechenden Säuren und Wasserstoffperoxid (H2O2) gegebenenfalls in Gegenwart von Mineralsäuren erfolgen. Weitere geeignete Epoxidierungsreagenzien sind beispielsweise alkalisches Wasserstoffperoxid, mole- kularer Sauerstoff oder Alkylperoxide wie tert.-Butylhydroperoxid. Geeignete Lösungsmittel für die Epoxidierung sind beispielsweise übliche nicht polare Lösungsmittel. Besonders geeignete Lösungsmittel sind Kohlenwasserstoffe wie Toluol, XyIoI, Hexan oder Heptan. Das gebildete Epoxid kann anschließend ringöffnend mit protischen Verbindungen oder Elektronendonoren wie Wasser, Säuren, Alkoholen, Thiolen oder primären oder sekundären Aminen umgesetzt werden, wobei man u.a. Diole, Glycolether, Glycolthioether oder Amine erhält.The polymer obtained by the cationic polymerization method, especially polyisobutene, can be epoxidized with a peroxide compound. Suitable methods for epoxidation are described in J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th Edition, John Wiley & Sons, S. 826-829, incorporated herein by reference. Preferably, the peroxide compound used is at least one peracid, such as m-chloroperbenzoic acid, performic acid, peracetic acid, trifluoropropylacetic acid, perbenzoic acid or 3,5-dinitroperbenzoic acid. The preparation of the peracids can be carried out in situ from the corresponding acids and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) optionally in the presence of mineral acids. Further suitable epoxidation reagents are, for example, alkaline hydrogen peroxide, molecular oxygen or alkyl peroxides such as tert-butyl hydroperoxide. Suitable solvents for the epoxidation are, for example, conventional non-polar solvents. Particularly suitable solvents are hydrocarbons such as toluene, xylene, hexane or heptane. The epoxide formed can then be reacted ring-opening with protic compounds or electron donors such as water, acids, alcohols, thiols or primary or secondary amines to give, inter alia, diols, glycol ethers, glycol thioethers or amines.
Hydroborierunghydroboration
Das Polymer, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, insbesondere Polyisobuten, kann mit einem (gegebenenfalls in situ erzeugten) Boran umgesetzt werden, wobei ein wenigstens teilweise hydroxyliertes Polymer, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, insbesondere teilweise hydroxyliertes Polyisobuten, erhalten wird. Geeignete Verfahren zur Hydroborierung sind in J. March, Advanced Organic Chemistry, 4. Auflage, Verlag John Wiley & Sons, S. 783-789 beschrieben, worauf hiermit Bezug genommen wird. Geeignete Hy- droborierungsreagenzien sind beispielsweise Diboran, das in der Regel in situ durch Umsetzung von Natriumborhydrid mit BF3-Etherat erzeugt wird, Disiamylboran (Bis-[3-methylbut-2-yl]boran), 1 , 1 ,2-Trimethylpropylboran, 9-Borbicyclo[3.3.1 ]nonan, Diisocamphenylboran, die durch Hydroborierung der entsprechenden Alkene mit Diboran erhältlich sind, Chlorboran-Dimethylsulfid, Alkyldichlorborane oder H3B-N(C2H5)2.The polymer obtained by the cationic polymerization process, in particular polyisobutene, can be reacted with a borane (optionally generated in situ), wherein an at least partially hydroxylated polymer obtained by the cationic polymerization process, in particular partially hydroxylated polyisobutene , is obtained. Suitable hydroboration processes are described in J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th Edition, John Wiley & Sons, pp. 783-789, which is hereby incorporated by reference. Suitable hydrogenation reagents are, for example, diborane, which is generally generated in situ by reaction of sodium borohydride with BF 3 etherate, disiamylborane (bis [3-methylbut-2-yl] borane), 1,1,2-trimethylpropylborane, 9 -Borbicyclo [3.3.1] nonane, diisocamphenylborane, which are obtainable by hydroboration of the corresponding alkenes with diborane, chloroborane-dimethyl sulfide, alkyldichloroboranes or H3B-N (C2H 5 ) 2.
Üblicherweise werden die gebildeten Alkylborane nicht isoliert, sondern durch nachfolgende Umsetzung direkt in die Wertprodukte übergeführt. Eine sehr bedeutsame Umsetzung der Alkylborane ist die Reaktion mit alkalischem Wasserstoffperoxid unter Erhalt eines Alkohols, der vorzugsweise formal der Anti-Markovnikov-Hydratisierung des Alkens entspricht. Weiterhin können die erhaltenen Alkylborane einer Umsetzung mit Brom in Gegenwart von Hydroxid-Ionen unter Erhalt des Bromids unterzogen werden.Usually, the alkyl boranes formed are not isolated, but converted by subsequent reaction directly into the desired products. A very important implementation of the alkylboranes is the reaction with alkaline hydrogen peroxide to give an alcohol which preferably corresponds formally to the anti-Markovnikov hydration of the alkene. Furthermore, the resulting alkylboranes can be subjected to a reaction with bromine in the presence of hydroxide ions to obtain the bromide.
En-ReaktionEne reaction
Das Polymer, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, insbesondere Polyisobuten, kann mit wenigstens einem Alken, das eine elektrophil-substituierte Doppelbindung aufweist, in einer En-Reaktion umgesetzt werden (siehe z.B. DE-A 4 319 672 oder H. Mach und P. Rath in "Lubrication Science Il (1999), S. 175-185, worauf vollinhaltlich Bezug genommen wird). Bei der En-Reaktion wird ein als En bezeichnetes Alken mit einem allylischen Wasserstoffatom mit einem elektrophilen Alken, dem sogenannten Enophil, in einer pericyclischen Reaktion umgesetzt. Diese umfasst eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsknüpfung, eine Doppelbindungsverschiebung und einen Wasserstofftransfer. Vorwiegend reagiert das Polymer, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, insbeson- dere Polyisobuten, als En. Geeignete Enophile sind Verbindungen, wie sie auch als Dienophile in der Diels-Alder-Reaktion eingesetzt werden. Bevorzugt wird als Enophil Maleinsäureanhydrid eingesetzt. Daraus resultieren wenigstens teilweise mit Bern- steinsäureanhydridgruppen (Succinanhydridgruppen) funktionalisierte Polymere, die durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurden, insbesondere teilweise mit Succinanhydridgruppen funktionalisierte Polyisobutene.The polymer obtained by the cationic polymerization method, especially polyisobutene, can be reacted with at least one alkene having an electrophile-substituted double bond in an ene reaction (see, for example, DE-A 4 319 672 or H. Mach and P. Rath in "Lubrication Science Il (1999), pp. 175-185, which is incorporated herein by reference.) In the En reaction, an alkene designated as En having an allylic hydrogen atom is reacted with an electrophilic alkene, the so-called enophile, This reaction involves the formation of a carbon-carbon bond, a double-bond shift, and a hydrogen transfer reaction. [Vor Vor] In particular, the polymer obtained by the cationic polymerization process, in particular polyisobutene, reacts as En They are also used as dienophiles in the Diels-Alder reaction. Preferred as Enophil Maleinsäurea used nhydride. This results, at least in part, in Bern tartaric anhydride groups (succinic anhydride groups) functionalized polymers obtained by the cationic polymerization process, especially partially succinic anhydride functionalized polyisobutenes.
Das mit Bernsteinsäureanhydridgruppen derivatisierte Polymer, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, insbesondere das mit Bernsteinsäureanhydridgruppen derivatisierte Polyisobuten kann einer Folgereaktion unterzogen werden, die ausgewählt ist unter:The succinic anhydride derivatized polymer obtained by the cationic polymerization process, in particular the polyisobutene derivatized with succinic anhydride groups, may be subjected to a sequential reaction selected from:
α) Umsetzung mit wenigstens einem Amin unter Erhalt eines wenigstens teilweise mit Succinimidgruppen und/oder Succinamidgruppen funktionalisierten Polymers, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, insbesondere eines wenigstens teilweise mit Succinimidgruppen und/oder Succinamidgruppen funktionalisierten Polyisobutens;α) reaction with at least one amine to give a polymer which is at least partially functionalized with succinimide groups and / or succinamide groups and which has been obtained by the process for cationic polymerization, in particular a polyisobutene functionalized at least in part with succinimide groups and / or succinamide groups;
ß) Umsetzung mit wenigstens einem Alkohol unter Erhalt eines wenigstens teilweise mit Succinestergruppen funktionalisierten Polymers, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, insbesondere eines wenigstens teilweise mit Succinestergruppen funktionalisierten Polyisobutens; undβ) reaction with at least one alcohol to give a polymer which is at least partially functionalized with succinic ester groups and which has been obtained by the cationic polymerization process, in particular a polyisobutene functionalized at least in part with succinic ester groups; and
γ) Umsetzung mit wenigstens einem Thiol unter Erhalt eines wenigstens teilweise mit Succinthioestergruppen funktionalisierten Polymers, das durch das Verfahren zur kationischen Polymerisation erhaltenen wurde, insbesondere eines wenigstens teilweise mit Succinthioestergruppen funktionalisierten Polyisobutens.γ) Reaction with at least one thiol to give a polymer which is at least partially functionalized with succinothioester groups and which has been obtained by the cationic polymerization process, in particular a polyisobutene functionalized at least in part with succinothioester groups.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kationischen Polymerisation wird in Gegenwart eines oder mehrerer Epoxyether der allgemeinen Formel I durchgeführt. Der Ersatz des häufig in diesem Zusammenhang eingesetzten Dicumylchlorides, das ungewollt zu Indanyl- oder Diindanylgruppen reagieren kann, birgt als Vorteil die Vermeidung der vom Dicumylchlorid bekannten Nebenreaktionen. Im Vergleich zu den in derThe inventive method for cationic polymerization is carried out in the presence of one or more epoxy ethers of the general formula I. Replacement of dicumyl chloride, which is often used in this context, which can unintentionally react to indanyl or diindanyl groups, has the advantage of avoiding the side reactions known from dicumyl chloride. Compared to those in the
WO 99/29744 beschriebenen mittels Initiatoren auf Basis von Epoxiden mit Alkyl-, Aryl- oder Aralkylresten hergestellten Polymeren bieten die mit den vorliegenden Epoxye- thern I hergestellten Polymere wegen der zweiten durch Hydrolyse der Etherfunktion R1-O-A- erzeugbaren Hydroxylgruppe am Kettenende weitergehende Möglichkeiten zur Derivatisierung. Beispiele:WO 99/29744 described by means of initiators based on epoxides with alkyl, aryl or aralkyl radicals polymers prepared with the present Epoxye- I offer because of the second by hydrolysis of the ether function R 1 -OA- generated hydroxyl group at the chain end further possibilities for derivatization. Examples:
Beispiel 1 : Herstellung von Polyisobuten mit tert.-Butylglycidylether als InitiatorExample 1: Preparation of polyisobutene with tert-butylglycidyl ether as initiator
1 ,7 g (7 mmol) Phenyltriethoxysilan, 3,3 g (25 mmol) tert.-Butylglycidylether und 8,5 g (45 mmol) Titantetrachlorid wurden in einer Mischung aus 150 ml Hexan (getrocknet über Molekularsieb) und 150 ml Dichlormethan (getrocknet über Molekularsieb) in einem 1 Liter-Rundkolben mit Rückflusskühler und Gaseinlaßkapillare bei -76°C gelöst. Trockener Stickstoff wurde kontinuierlich durch die Lösung geleitet. Die Polymerisation wurde durch die Zugabe von 200 ml (2 mol) Isobuten gestartet. Die Temperatur der Lösung stieg auf -70°C, wobei sie sich allmählich gelb färbte. Die Lösung wurde wieder auf -76°C abgekühlt. Nach 2 Stunden wurde die Polymerisation durch Zugabe von 10 ml Ethanol abgebrochen. 150 ml Heptan wurden zugefügt und es wurde dreimal mit Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde über Natriumsulfat getrocknet. Die Lösungsmittel wurden bei 5 mbar und 50°C abdestilliert. Man erhielt 15,1 g Polyisobuten mit einem durch Gelpermeationschromatographie bestimmten Molekulargewicht Mn von 8320 g/mol und einem Polydispersitätsindex PDI von 1 ,62.1.7 g (7 mmol) of phenyltriethoxysilane, 3.3 g (25 mmol) of tert-butylglycidyl ether and 8.5 g (45 mmol) of titanium tetrachloride were dissolved in a mixture of 150 ml of hexane (dried over molecular sieve) and 150 ml of dichloromethane ( dried over molecular sieve) in a 1 liter round bottomed flask with reflux condenser and gas inlet capillary at -76 ° C. Dry nitrogen was continuously passed through the solution. The polymerization was started by the addition of 200 ml (2 mol) of isobutene. The temperature of the solution rose to -70 ° C, gradually turning yellow. The solution was cooled again to -76 ° C. After 2 hours, the polymerization was stopped by adding 10 ml of ethanol. 150 ml of heptane was added and extracted three times with water. The organic phase was dried over sodium sulfate. The solvents were distilled off at 5 mbar and 50 ° C. This gave 15.1 g of polyisobutene having a molecular weight M n of 8320 g / mol determined by gel permeation chromatography and a polydispersity index PDI of 1.62.
Beispiel 2: Herstellung von Polyisobuten mit tert.-Butylglycidylether als InitiatorExample 2: Preparation of polyisobutene with tert-butyl glycidyl ether as initiator
200 ml (2 mol) Isobuten wurden in einer Mischung aus 150 ml Hexan (getrocknet über Molekularsieb) und 150 ml Dichlormethan (getrocknet über Molekularsieb) in einem 1 Liter-Rundkolben mit Rückflusskühler und Gaseinlaßkapillare bei -76°C gelöst. Tro- ckener Stickstoff wurde kontinuierlich durch die Lösung geleitet. 3,3 g (25 mmol) tert.- Butylglycidylether wurden hinzugefügt. Die Polymerisation wurde durch die Zugabe von 1 ,7 g (7 mmol) Phenyltriethoxysilan und 8,5 g (45 mmol) Titantetrachlorid gestartet. Die Temperatur der Lösung stieg auf -60°C, wobei sie sich allmählich gelb färbte. Die Lösung wurde wieder auf -76°C abgekühlt. Nach 2 Stunden wurde die Polymerisation durch Zugabe von 10 ml Ethanol abgebrochen. 150 ml Heptan wurden zugefügt und es wurde dreimal mit Wasser extrahiert. Die organische Phase wurde über Natriumsulfat getrocknet. Die Lösungsmittel wurden bei 5 mbar und 50°C abdestilliert. Man erhielt 61 ,6 g Polyisobuten mit einem durch Gelpermeationschromatographie bestimmten Molekulargewicht Mn von 3180 g/mol und einem Polydispersitätsindex PDI von 2,64.200 ml (2 mol) of isobutene were dissolved in a mixture of 150 ml of hexane (dried over molecular sieve) and 150 ml of dichloromethane (dried over molecular sieve) in a 1 liter round bottom flask with reflux condenser and gas inlet capillary at -76 ° C. Dry nitrogen was continuously passed through the solution. 3.3 g (25 mmol) of tert-butyl glycidyl ether were added. The polymerization was started by the addition of 1.7 g (7 mmol) of phenyltriethoxysilane and 8.5 g (45 mmol) of titanium tetrachloride. The temperature of the solution rose to -60 ° C, gradually turning yellow. The solution was cooled again to -76 ° C. After 2 hours, the polymerization was stopped by adding 10 ml of ethanol. 150 ml of heptane was added and extracted three times with water. The organic phase was dried over sodium sulfate. The solvents were distilled off at 5 mbar and 50 ° C. This gave 61.6 g of polyisobutene having a molecular weight M n of 3180 g / mol, determined by gel permeation chromatography, and a polydispersity index PDI of 2.64.
Analytik:analytics:
Zur Durchführung der Gelpermeationschromatographie (GPC) wurde eine Kombination zweier Styragelsäulen (1000 und 10.000 Ängström) verwendet. Die Kalibrierung erfolg- te nach Isobuten-Standard. Mn: 6001 g/mol, Mw: 7561 g/mol; D: 1 ,26; Mp: 7493 g/mol. To perform gel permeation chromatography (GPC), a combination of two styragel columns (1000 and 10,000 angstroms) was used. The calibration was done according to isobutene standard. M n: 6001 g / mol, M w: 7561 g / mol; D: 1, 26; M p : 7493 g / mol.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur kationischen Polymerisation kationisch polymerisierbarer ethyle- nisch ungesättigter Monomorer in Gegenwart einer oder mehrerer Lewis-Säuren, dadurch gekennzeichnet, dass in Gegenwart eines oder mehrerer Epoxyether der allgemeinen Formel I1. A process for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomorer in the presence of one or more Lewis acids, characterized in that in the presence of one or more epoxy ethers of general formula I
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in derin the
R1 einen hydrolysierbaren Hydrocarbylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bezeichnet,R 1 denotes a hydrolyzable hydrocarbyl radical having 1 to 20 carbon atoms,
R2, R3 und R4 unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen Hydrocarbylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet undR 2 , R 3 and R 4 independently of one another denote hydrogen or a hydrocarbyl radical having 1 to 20 carbon atoms and
A für eine Alkylengruppe mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen steht,A is an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms,
polymerisiert wird.is polymerized.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Variable R1 einen hydrolysierbaren Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, insbesondere einen tert.-Butylrest, bezeichnet.2. The method according to claim 1, characterized in that the variable R 1 denotes a hydrolyzable alkyl radical having 1 to 8 carbon atoms, in particular a tert-butyl radical.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Variablen R2, R3 und R4 unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeuten.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the variables R 2 , R 3 and R 4 are independently hydrogen or a methyl group.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Variable A für eine Methylengruppe, eine 1 ,1-Ethylengruppe, eine 1 ,2-Ethylengruppe, eine 1 ,3-Propylengruppe, eine 1 ,4-Butylengruppe oder eine 2,2- Propandiylgruppe steht.4. Process according to claims 1 to 3, characterized in that the variable A is a methylene group, a 1, 1-ethylene group, a 1, 2-ethylene group, a 1, 3-propylene group, a 1, 4-butylene group or a 2,2-Propanediylgruppe stands.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem E- poxyether der allgemeinen Formel I um tert.-Butylglycidylether handelt.5. The method according to claim 1, characterized in that it is the tert-Butylglycidylether in the E- poxyether of general formula I.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kationisch polymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomore Isobuten umfas- sen. 6. Process according to claims 1 to 5, characterized in that the cationically polymerisable ethylenically unsaturated monomers comprise isobutene.
7. Verwendung der Epoxyether der allgemeinen Formel I, wie in den Ansprüchen 1 bis 5 definiert, als Initiatoren für die kationische Polymerisation kationisch poly- merisierbarer ethylenisch ungesättigter Monomorer in Gegenwart einer oder mehrerer Lewis-Säuren.7. Use of the epoxy ethers of the general formula I as defined in claims 1 to 5 as initiators for the cationic polymerization of cationically polymerizable ethylenically unsaturated monomorer in the presence of one or more Lewis acids.
8. Polymere, erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.8. Polymers obtainable by a process according to any one of claims 1 to 6.
9. Polymere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Endgruppen der Polymere C=C-Doppelbindungen aufweisen. 9. Polymers according to claim 8, characterized in that the end groups of the polymers have C = C double bonds.
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