DE1933620B2 - Verfahren zur Herstellung eines Polybutadiene - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines PolybutadieneInfo
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Description
30
Bisher worden Polybutadien mit einem hohen Gehalt an Monomereinheiten in cis-l^Konfiguration, welches
durch Polymerisation von Butadien-^) erhalten wurde, in großen Mengen als Ersatz für Naturkautschuk
zur Herstellung von Reifen und anderen Kautschukprodukten hergestellt Es gibt zahlreiche Berichte hinsichtlich der Erhöhung des Gehaltes an der cis-l,4-Konfiguration. Die physikalischen Eigenschaften der Kautschukprodukte, die aus einem Polybutadien mit hohem
Gehalt an Monomereneinheiten in eis-1,4-Konfiguration erhalten wurden, sind denjenigen von Kautschukprodukten, die aus Naturkautschuk erhalten wurden,
überlegen, und sie besitzen insbesondere eine gute Schlagelastizitat, haben eine ausgezeichnete Abriebsbeständigkeit, und stellen einen der Gründe dafür dar,
daß ein Polybutadien mit hohem Gehalt an Monomereneinheiten in cis-l,4-Konfiguration in großen
Mengen verwendet wurde. Jedoch hat ein Polybutadien mit hohem Gehalt an Monomereneinheiten in
eis-1,4-Konfiguration ernsthafte Nachteile eines großen
Kaltfhisses und einer sehr geringen Reißfestigkeit der hieraus erhaltenen Produkte. Zahlreiche Vorschläge
wurden bereits gemacht, um den Kaltfluß zu verringern, jedoch wurden andererseits bisher keine Vorschläge
hinsichtlich brauchbarer Verfahren zur Erhöhung der Reißfestigkeit der aus cis-1,4-Polybutadien erhaltenen
Kautschukprodukte gemacht
Die geringe Reißfestigkeit von vulkanisierten Kautschukprodukten wird als eine der Ursachen für das
leichte Auftreten des Abblätterns bei Reifen betrachtet, und es besteht deshalb ein starker Bedarf auf dem Fachgebiet zur Erhöhung der Reißfestigkeit von Kautschukprodukten aus Polybutadienen.
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Gemisches aus cis-l,4-Polybutadien und trans-1,4-Polybutadien in einer Stufe bekannt, bei dem Butadien-(13)
in gemeinsamer Anwesenheit eines Katalysators, der
zur cis-l,4-Polymerisatk)n von Butadien-{1,3) geeignet
ist, und eines Katalysators, der zur tra^L/hPoIymerisation von Butadien-(1,3) geeignet ist, polymerisiert
wird (französische Patentschrift 14 39 294). Nach diesem Verfahren kann die Kerbschlagfestigkeit, Härte aod
Alterungsbeständigkeit des erhaltenen Poiybntadiengemisches verbessert werden, jedoch wird die Reißfestigkeit des vulkanisierten Produktes nicht zn einem
zufriedenstellenden Ausmaß verbessert.
Gemäß der DE-AS 1251535 wird ButadkaKU)
zuerst in Gegenwart eines cäs-l^Polymerisationskatah/sators ds-l,4-polymerisiert und aiwrWiHtend
durch Zugabe eines trans-l,4-Polymerisatkmskatalysators trans-l,4-polymerisiert Die auf dkse Weise hergestellten Polybutadiene sind jedoch bezüglich der
Reißfestigkeit von daraus hergestellten ν»·^ι
Kautschukprodukten unbefriedigend. Sie zeigen nach
Verarbeitung zu vulkanisierten Kautschokprodukten auch nicht mehr die günstigen Eigenschn von
reinem eis-1,4-Polybutadien.
In der DE-AS 1252418 ist ein Verfahren zar FoJymerisation von Butadien-(13) angegeben, wobei
Butadien-(1,3) in Gegenwart eines cis-l,4-Polyinerisationskatalysators polymerisiert wird, getrennt Butadien-^) in Gegenwart eines trans-l^Polvmerisationskatalysators polymerisiert wird, die beiden erhaltenen
Lösungen vereinigt werden und das ButadSen-(l,3) in Gegenwart sowohl des cis-l^Polymerisaüonskatalysators als auch des trans-l/t-Polymerisationskatalysators in einem ölartigen Zustand der Lösungen polymerisiert wird. Das dabei erhaltene Produkt bat jedoch
einen sehr niedrigen Gehalt von etwa 50% an eis-1,4-Konfiguration und zeigt nach der Vulkanisation
zwar eine hohe Härte, aber eine unzureichende Dehnung, so daß es hinsichtlich seiner Eigenschaften als
Kautschuk nicht zufriedenstellend ist Es weist auch in keiner Weise die günstigen Eigenschaften des
eis 1,4-Polybutadiene auf.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Polybutadien?, das
nach Verarbeitung zu dem endgültigen Kautschukprodukt eine bemerkenswert verbesserte Reißfestigkeit
zeigt, ohne daß in irgendeiner Weise die ausgezeichneten Eigenschaften des eis-1,4-Polybutadien*, wie ausgezeichnete Schlagelastizität und Abriebsbeständigkeit
verschlechtert sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung eines
Polybutadiene mit einer grundmolaren Viskosität, gemessen bei 26" C in Toluol, von 1,7 bis 5,OdIZg. in dem
3 his 20% der Butadieneinheiten in trans-l,4-Konfiguration und mindestens 80% der Butadieneinbeiten in
eis-1,4-Konfiguration vorliegen, durch Polymerisation
von Butadien-(13) in einem inerten organischen
Lösungsmittel bei 0 bis 8O0C und bei Drücken zwischen Atmosphärendruck und 10 atm in zwei Stufen, wobei in
einer Stufe in Gegenwart eines eine Vanadiumverbindung als Übergangsmetallkomponente und eine
Organoaluminiumverbindung enthaltenden, zu Polybutadien mit mindestens 96% der Butadieneinheiten in
trans-1,4-Konfiguration führenden Ziegler-Polymerisationskatalysatorsystems und in einer anderen Stufe in
Gegenwart eines Kobalt oder eine Kobaltverbindung und eine Organoaluminiumverbindung enthaltenden, zu
Polybutadien mit mindestens 90% der Butadieneinheiten in cis-l,4-Konfiguration führenden Ziegler-Polymerisationskatalysatorsystems polymerisiert wird, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Butadien-(I3)
zunächst 5 bis 60 Minuten lang in Gegenwart des zu trans-l,4-Polybutadien führenden Katalysatorsystems
polymerisiert, dann das zn ds-l,4-Polybutadien führende Katalysatorsystem zusetzt und in diesem System
weiterpolymerisiert s
Es war überraschend und in Kenntnis des Standes der
Technik nicht vorhersehbar, daß man ein Polybutadien, das im endgültigen Kautschukprodukt verbesserte
Reißfestigkeit zeigt, ohne Beeinträchtigung der ausgezeichneten Eigenschaften des ds-1,4-Polybutadien nur
dann erhält, wenn man Butadien-(1,3) zuerst trans-1,4-polymerisiert und erst in einer zweiten Stufe
ris-l,4-polymerisiert und dabei so verfährt, daß ein
Polymerisat mit bestimmten trans-1,4- und cis-l,4-Gehalten und einer bestimmten grundmolaren Viskosität
erhalten wird.
Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird Butadien-(1,3) in einem
inerten organischen Lösungsmittel während 5 Minuten bis zu 1 Stunde in «Jegenwart eines Katalysators in einer
solchen Menge polymerisiert, daß die trans-1,4-Konfiguration 3 bis 20% des fertigen Polybutadien ausmacht,
wobei der Katalysator ein Kombinationskatalysator aus
(a) einer Vanadiumverbindung und
(b) einem Bestandteil der Gruppe aus
1. Verbindungen der allgemeinen Formel
AnVC3-. (1)
worin R eine Alkylgruppe oder Phenylgruppe, X ein Haiogenatom und π die Zahlen 2
oder 14 bedeuten,
2. Kombinationen vtn Lew*>Säuren und Verbindungen der allgeuemen Formel
AIR3 (2)
worin R eine Alkylgruppe oder Phenylgruppe bedeutet, und
3. Kombinationen von Lewis-Basen und Verbindungen der allgemeinen Formel
AlRX2 (3)
worin R eine Alkylgruppe oder Phenylgruppe und X ein Halogenatom bedeuten,
ist, worauf anschließend ein Katalysator für die cis-l,4-Polymerisation zugegeben wird und das Butadien^ 1,3) weiterhin in diesem Polymerisationssystem
polymerisiert wird, wobei der eis-1,4-Polymerisationskatalysator aus der Gruppe von
(a') metallischem Kobalt, einem durch elektrochemische Abscheidung von metallischem
Kobalt auf einem Pulver aus metallischem Zink erhaltenen Material oder einer Kobaltverbindung und
(b') L einer Verbindung der allgemeinen Formel
AIRA-. (D
worin R eine Alkylgruppe oder Phenylgruppe, X ein Halogenatom und η die
Zahlen 2 oder 1,5 bedeuten,
2. einer Kombination einer Lewis-Säure und einer Verbindung der allgemeinen Formel Aln ,.*.
AlK3 [Z)
worin R eine Alkylgruppe oder Phenylgruppe bedeutet, oder
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3, einer Kombination einer Lewis-Base und einer Verbindung der allgemeinen
Formel
AlR1nX3-., (3)
worin R ein Alkylgruppe oder Phenylgruppe, X ein Halogenatom und m die
Zahlen 1 oder 1,5 bedeuten,
Katalysator und
C einem aus metallischem Kobalt, Quecksilber-H-
chlorid, Wasser und einem Dialkylaluminiummono-
chlorid erhaltenen Katalysator
gewählt wird und anschließend das Polybutadien mit einem Gehalt an der trans-1,4-Konfiguration von
3 bis 20% und an der cis-l,4-Struktur von mindestens
80% gewonnen wird.
Die im Rahmen der Erfindung als Bestandteil des Kaialy£ätors für die trans-1,4-Polymerisation verwendbaren Vanadiumverbindungen ergeben, wenn sie zusammen mit Organoaluminiumverbindungen zur Polymerisation von Butadien-(1,3) in einem organischen
Lösungsmittel verwendet werden, trans-1,4-Polybutadiene mit einer trans-1,4- Konfiguration vcn mindestens
96%, bevorzugt mindestens 98%. Zu derartigen Vanadiumverbindungen gehören die Halogenide, bevorzugt die Chloride, des Vanadiums, wie Vanadiumtrichlorid und Vanadiumtetrachlorid, die Oxyhalogenide, bevorzugt Oxychloride, des Vanadiums, wie
Vanadiumoxytrichlorid, die organischen Komplexsalze des Vanadiums, wie Vanadiumkomplexsalze von /J-Diketonen oder 0-Ketonsäureestern, wie z.B. Vanadium-III-tris-acetylacetonat, Vanadyl-bis- oder -trisacetylacetonat, Vanadium-III-tris-acetessigsäureäthylester, Vanadyl-bis- oder tris-acetessigsäureäthylester
sowie Salze organischer Säuren des Vanadiums, beispielsweise die Vanadiumsalze von aiomatischen Carbonsäuren oder aliphatischen Carbonsäuren mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen, die in dem inerten organischen Lösungsmittel löslich sind, wofür als Beispiele
Vanadiumoctoat, Vanadiumnaphthenat und Vanadiumbenzoat aufgeführt werden.
Als Organoaluminiumverbindungen der Formel (1), bei denen 2 oder 1,5 organische Reste an dem Aluminiumatom gebunden sind, können Diäthylaluminiummonochlorid, Diisobutylaluminiummonochlorid und
Äthylaluminiumsesquichlorid verwendet werden.
Die Organoaluminiumverbindungen der Formel (2), bei denen drei organische Reste an dem Aluminiumatom gebunden sind, umfassen Triäthylaluminium,
Triisobutylaluminium und Diäthylphenylaluminium.
Diese Organoaluminiumverbindungen werden in Kombination mit Lewis-Säuren, beispielsweise Aluminiumtrichlorid oder Bortrifluorid, verwendet.
Beispiele für Organoaluminiumverbindungen der Formel (3) sind Monoäthylaluminiumdichlorid und
Monoisobutylaluminiumdichlorid. Diese Dihalogenide werden in Kombination mit Lewis-Basen, wie Pyridin
und Anilin verwendet.
Es wird bevorzugt, daß bei den die Organoaluminiumverbindungen wiedergebenden allgemeinen Formeln (1), (2) und (3) der Rest R eine Alkylgruppe mit
2 bis 6 Kohlenstoffatomen und X ein Chloratom ist.
Der Katalysator für die trans-1,4-Polymerisation wird
gemäß der Erfindung in einer solchen Menge verwendet, daß das fertige Polybutadien einen Gehalt an
Monomereneinheiten in der trans-1,^Konfiguration
von 3 bis 20%, vorzugsweise 5 bis 20%, aufweist. Die spezifische Menge des Katalysators variiert je nach der
Art und Kombination des Katalysators und der Polymerisationsbedingungen. Im allgemeinen werden min-
destens 0,5 mMol, bevorzugt mindestens 1 mMol der
Vanadiumverbindung und mindestens O1SmMoI, bevorzugt mindestens 1 mMol deir Organoaluminiumverbindung je Mol Butadien-(13) verwendet Das Molverhältnis von Organoaluminiumverbindung zu Vanadium-
verbindung, angegeben als Al/V, sollte bevorzugt im Bereich von 1 bis 600, besondere bevorzugt 20 bis 500
liegen. Wenn die dritte Komponente des Katalysators verwendet wird, beträgt deren Menge bevorzugt nicht
mehr als 5 MoI je Mol der Organoaluminiumverbindung im Fall von Lewis-Säuren und nicht mehr als 0,5 MoI je
MoI der Organoaluminiumverbindung im Fall von Lewis-Basen.
Gemäß der Erfindung wird Butadien-{13) in einem
inerten organischen Lösungsmittel während 5 Minuten bis zu 1 Stunde, bevorzugt 5 bis 30 Minuten, in Gegenwart der vorstehend aufgeführten Katalyse tore» iür die
trans-l,4-PoIymerisation polymerisiert Hierbei ist es von besonderer Bedeutung, die trans-l,4-Polymerisation
des Butadiens innerhalb des vorstehend aufgeführten Zeitraumes auszuführen. Falls die trans-1,4-Polymerisation während eines beträchtlich längeren Zeitraums
als 1 Stunde durchgeführt wird, hat das erhaltene Polybutadien, nachdem es zu dem Kautschukprodukt gefertigt wurde, eine verringerte Reißfestigkeit und
andererseits, falls die Polymerisationszeit kürzer als 5 Minuten ist zeigt die Qualität des erhaltenen PoIybutadiens eine Neigung zur Unregelmäßigkeit.
Das im Rahmen der Erfindung eingesetzte inerte organische Lösungsmittel ist insofern nicht besonders
beschränkt als es zur Auflösung des gebildeten trans-1,4-Polybutadiens und des Katalysators fähig ist jedoch
wird die Verwendung von aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Benzol, Toluol und Xylol, und halogenierten
aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Chlorbenzol bevorzugt. Die Polymerisationstemperatur liegt im
Bereich von 0 bis 8O0C, insbesondere 5 bis 500C Der
Druck liegt zwischen Atmosphärendruck und 10 Atmosphären.
Gemäß der Erfindung wird das Butadien-(13) in
der bei der vorstehend abgehandelten Stufe erhaltenen Lösung, welche trans-1,4-Polybutadien und
den Katalysator für die trans-l,4-PoIymerisation enthält
cis-l,4-polymerisiert. Als Katalysator für die eis-1,4-Poiymerisation könn?n sämtliche der vorstehend auf-
geführten Katalysatoren (A), (B) und (C) verwendet werden Diese Katalysatoren für die cis-l,4-Polymerisation müssen ein eis-1,4-Polybutadien mit einem Gehalt
von mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95%, an cis-l,4-Konfiguvation ergeben, wenn das Butadien-(13)
in der Lösung polymerisiert wird.
Das Verfahren zur Herstellung des durch elektrochemische Abscheidung auf einem Pulver von metallischem Zink gebildeten Materials, welches als ein Bestandteil des Katalysators (A) verwendet wird und die
Eigenschaften dieses Materials sind im einzelnen in der DE-PS 12 68 849 beschrieben.
Als Kobaltverbindung können beispielsweise die Halogenide, bevorzugt Chloride des Kobalts, Salze des
Kobalts mit Carbonsäuren mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen und organische Komplexsalze des Kobalts
verwendet werden. Beispiele für Carbonsäuresalze des Kobalts sind Kobaltoctoat, -naphthenat und -benzoat,
die in inerten organischen Lösungsmitteln löslich sind. Die organischen Komple*salze des Kobalts umfassen
Chelatverbindungen des Kobalts, die ein ß-Diketon
oder einen /f-Ketonsäureester als Liganden enthalten,
beispielsweise Kobalt-{lf oder llQ-acetylacetonat oder
-acetessigsäureäthylesterkomplexsalze.
Die als eine Komponente des Katalysators (A) eingesetzte Organoaluminiumverbindung kann gleich sein,
wie sie zur Herstellung des vorstehend aufgefJbrtcn Katalysators für die trans-l,4-PoIymerisaiUon verwendet
wurde. Falls die Organoaluminiumverbindung ein·: mit drei organischen Resten ist, wird sie in Kombination mit
einer Lewis-Säure verwendet, beispielsweise Aluminiumtrichlorid und Bortrifluorid, und, falls die Organoaluminiumverbindung ein Di- oder Sesquihalogenid ist
kann sie zusammen mit einer Lewis-Base, wie Pyridin,
Anilin oder Acrylnitril verwendet werden.
Der vorstehend abgehandelte Katalysator für die cis-M-PoIymerisation wird in einer katalytischer;
Menge verwendet Die Menge des einzusetzenden Katalysators unterscheidet sich in Abhängigkeit von der
Art und Kombination der Katalysatorbestandteile und der Reaktionsbedingungen. Wenn beispielsweise eine
Kobaltverbindung als eine Komponente des Katalysators (A) verwendet wird, wird der Katalysator in einer
solchen Menge verwendet daS die Menge der Kobaitverfoindung mindestens 0,002 mMol, bevorzugt mindestens 0,005 mMol und die Menge der Organoaluminiumverbindung mindestens 0,5 niMol, bevorzugt mindestens 1 mMol, jeweils je MoI Butadien-{13) beträgt
Wenn ein durch elektrochemische Abscheidung von metallischem Kobalt auf Pulver aus metallischem Zink
gebildetes Material als eine Komponente des Katalysators (A) verwendet wird, wird der Katalysator in
einer solchen Menge verwendet daß die Menge des Kobaltbestandteils 0,025 bis 5 g je 100 g Butadien-(13)
und die Menge der Organoaluminiumverbindung das 0,1- bis 5fache des Gewichtes des Kobaltbestandteils
beträgt. Wenn eine Lewis-Säure oder eine Lewis-Base als dritter Bestandteil des Katalysators (A) verwendet
rvird, kann der Anteil der dritten Komponente zu der Organoaluminhimverbindung in dem vorstehend in
Verbindung mit dem trans-1,4- Polymerisationskatalysator aufgeführten Bereich liegen.
Wenn die Organoaluminiumverbinuung im Katalysator (A) identisch mit der Organoaluminiumverbindung
im Katalysator für die trans-1,4-Polymerisa tion ist kann
der Zusatz der Organoaluminiumverbindung bei der eis-1,4-Polymerisationsstufe weggelassen werden.
Selbst wenn die Organoaluminiumverbindung beim Katalysator für die trans-1,4- Polymerisation und beim
Katalysator (A) gemeinsam ist ist es möglich, durch Alterung der Organoahiminiumverbindung und der
Kobaltkomponente eine Erhöhung der cis-l,4-Polymerisationsaktivität zu erreichen.
Wenn der Katalysator (B) für die cis-l,4-Polymerisation eingesetzt wird, wird metallisches Aluminium in
einer Menge von 0,5 bis 20 Mol und eine Lewis-SHu'e,
wie Aluminium'richlorid, in einer Menge von 0,1 bis
13 Mol, jeweils je Mol der Kobaltkomponente, verwendet Weiterhin wird die erhaltene Katalysatormasse in einer solchen Menge verwerdet, daß 0,05 bis
10 g Kobalt je 100 g Butadien-{13) enthalten sind
Wenn der Katalysator (C) für die cis-l,4-Polyrnerisation eingesetz. wird, werden 04 bis 3 g Quecksilber-Il-chlorid, 0,05 bis 10 g metallisches Kobalt
0,05 bis 03 g Wasser und 10 bis 3OmMoI Diäthyialuminiummonochlorid jeweils auf 100b ButRdien-ii.31
verwendet.
Der eis-1,'♦-Polymerisation des Butadiens-(1,3) wird
gemäß der Erfindung in Gegenwart der vorstehend aufgeführten Katalysatoren unter Anwendung des
Reaktionssystems, worin die trans-1,4-Polymerisation
durchgeführt wurde, ausgeführt, so daß sich ein fertiges Polybutadien mit einer cis-l,4-Konfiguration von mindestens
80% ergibt. Reaktionstemperatur und -druck können gleich sein, wie sie bei der trans-l,4-Porymeri-SÄiion
angewandt wurden. Als Reaktionszeit sind, obwohl sie in Abhängigkeit von Art und Menge des
Katalysators variiert, im allgemeinen 1 bis 10 Stunden ausreichend.
Bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Butadien-(1,3) insgesamt i>
bei der trans-l,4-Polymerisationsstufe zugesetzt werden oder es kann teilweise bei der trans-l,4-Polymerisationsstufe
zugesetzt werden und der Rest wird bei der cis-l,4-Polymerisationsstufe zugegeben. Die Konzentration
des Butadiens-(1,3) beträgt zu diesem Zeitpunkt _>o
bevorzugt 5 bis 25% des Gesamtvolumens des Reaktionssystems. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt
sich technisch sowohl in Einzelansatzarbeitsweise, wobei die trans-1,4-Polymerisation und anschließend die
cis-l,4-Polymerisation in dem gleichen Reaktionsgefäß r> durchgeführt werden, oder nach einer kontinuierlichen
Arbeitsweise durchführen, wobei Butadien kontinuierlich in einer trans-l,4-Polymerisationszone und einer
cis-l,4-Polymerisationszone polymerisiert wird.
Nach Beendigung der Polymerisationsumsetzung jo wird das Polybutadien in an sich bekannter Weise
gewonnen. Beispielsweise wird bei Beendigung der Polymerisationsreaktion ein rasch wirkendes Abbruchmittel
in die Polymerlösung zur Beendigung der Polymerisationsumsetzung gegeben und das Polymere durch si
Zusatz eines Ausfällungsmittels, wie Methanol oder Aceton, oder durch Schnellverdampfen (Abdampfen des
Polymerisationslösungsmittels mit oder ohne Einblasen von Dampf) ausgefällt. Das abgetrennte Polymere wird
dann getrocknet und gewonnen. -to
Die Struktur des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Polybutadiens ist im einzelnen
nicht geklärt. Jedoch wird aus den Ergebnissen des Reaktionierungsversuches in Vergleichsversuch A und
dem Vergleich der physikalischen Eigenschaften der Polybutadiene zwischen den Vergleichsversuchen A
und B und den Beispielen angenommen, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Polybutadien
ein gebundenes Polymeres aus trans-1,4-Polybutadien und cis-l,4-Polybutadien zusätzlich zu trans- ϊ<
> 1,4-Polybutadien und eis-1.4-Polybutadien enthält. Wie
sich aus dem nachfolgend beschriebenen Fraktionierungsversuch ergibt, kann, obwohl ein Gemisch aus
trans-1,4-Polybutadien und eis-1,4-Polybutadien beim
Fraktionierungsversuch in trans-l,4-Polybutadien und eis-1,4-Polybutadien aufgetrennt werden kann, das nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Polybutadien nicht eindeutig nach dem gleichen Fraktionierungsversuch
in trans-1,4-Polybutadien und ei«;-1,4-Polybutadien
aufgetrennt werden. Weiterhin ergibt sich bei einem Vergleich der physikalischen Eigenschaften eines
Kautschukproduktes aus einem Gemisch von trans-1,4-Polybutadien und cis-l,4-Polybutadien mit denjenigen
eines Kautschukproduktes aus dem erfindungsgemäß erhaltenen Polybutadien eindeutig, daß das aus dem
erfindungsgemäß erhaltenen Polybutadien gewonnene Kautschukprodukt hinsichtlich Reißfestigkeit, Dehnung
und Zugfestigkeit weit überlegen ist, obwohl die Gehalte an trans-1,4- und cis-l,4-Konfiguration bei
beiden Produkten gleich sind.
Wenn ein superdünnes Stück der Polybutadienmasse gemäß der Erfindung, welches differenzierend mit
Osmiumsäure gefärbt wurde, mit einem Elektronenmikroskop untersucht wird, zeigt es sich, daß die
Teilchen des trans-l,4-PoIybutadiens fein und einheitlich in einer kontinuierlichen Phase des cis-l,4-PoIybutadiens
dispergiert sind und das eis-1,4-Polybutadien in die
trans-1.4-PolybutadienteiIchen intrudiert. Es wird auf Grund dieser Art einer Bindung angenommen, daß das
beim erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Polybutadien ein Kautschukprodukt mit ganz ausgezeichneter
Reißfestigkeit ergibt. Im Hinblick hierauf ist es von höchster Bedeutung im Rahmen der Erfindung, daß
die Polymerisation des Butadiens-(!,3) mit einer auf den vorstehend aufgeführten Bereich eingeregelten trans-1,4-Polymensationszeit
durchgeführt wird und daß der Gehalt der trans-l,4-Konfiguration des fertigen Polymeren
bei 3 bis 20% gehalten wird. Wenn andererseits Butadien-(1,3) unter gleichzeitiger Zugabe von Katalysatoren
für die trans-l,4-Polymerisation und die cis-l,4-Polymerisation polymerisiert wird, kann kein
Polybutadien erhalten werden, das nach der Fertigung zu einem fertigen Kautschukprodukt eine zufriedenstellende
Reißfestigkeit besitzt, wie sich aus den Vergleichsversuchen G bis L ergibt.
Das gemäß dem Verfahren der Erfindung erhaltene Polybutadien kann mit bekannten Abmischbestandteilen,
wie sie üblicherweise für Naturkautschuk oder eis-1,4-Polybutadien verwendet werden, beispielsweise
Vulkanisiermitteln, Vulkanisierbeschleunigern, Verstärkungsmitteln, Füllstoffen, Streckmitteln, Antioxydantien
und Pigmenten vermischt werden. Die Masse kann in an sich bekannter Weise verknetet, geformt und vulkanisiert
werden, um die gewünschten Kautschukprodukte zu erhalten.
Der aus dem erfindungsgemäß hergestellten Polybutadien gebildete Kautschuk hat besonders eine große
Reißfestigkeit und kann deshalb zu Reifenprodukten verarbeitet werden, die schwierig eine Abschälung
erleiden. Das gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellte Polybutadien kann auch als Gemisch mit
Naturkautschuk oder anderen synthetischen Kautschuken verwendet werden.
In den nachfolgenden Beispielen wurde die Mikrostruktur des Polybutadiens durch das infrarotabsorptionsspektrum-Analysenverfahren
bestimmt, welches von R. Humpton in »Analytical Chemistry«, Band 21, Seite 923 (1949) beschrieben ist. Die Reißfestigk-it
wurde mit einem Versuchsprobestück von 10 mm χ 20 mm χ 04 mm Größe bestimmt, welches 10 mm von
der Mitte einer 10 mm langen Seite in Längsrichtung in gerader Linie gekerbt wurde, und zwar entsprechend
dem Verfahren des einfachen Dehnungs-Reiß-Testes (»Journal of Applied Polymer Science«, Band 3, Seite
168 (I960).
Die »Eigenviskosität« M^,, (grundmolare Viskosität
in dl/g) der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Polybutadien beträgt insbesondere 2,0 bis
34 und wurde aus der spezifischen Viskosität berechnet,
die mit einem Ostwald-Viskosimeter in Toluol bei 26° C bestimmt wurde.
und Vergleichsversuche A bis E
(1) Ein Trennkolben aus Glas von 500 ecm, woraus die Luft durch Stickstoffgas verdrängt worden war, wurde mit einer Lösung von 31 g Butadien-(13) in
(1) Ein Trennkolben aus Glas von 500 ecm, woraus die Luft durch Stickstoffgas verdrängt worden war, wurde mit einer Lösung von 31 g Butadien-(13) in
ίο
25Öccm wasserfreiem Benzol beschickt, worauf die
überstehende Flüssigkeit zugesetzt wurde, welche beim Vermischen von 0,75 mMol Vanadiumtrichlorid,
0,88 mMol Pyiidin und 10 ecm Benzol und Alterung des
Gemisches bei 300C während 30 Minuten erhalten worden war und weiterhin 1,2 g Diäthylaluminium-
monochlorid zugesetzt. Unter Rühren wurde das B4>-adien-(l,3) bei 30°C polymerisiert. Nach 10 Minuten
seit Zugabe des Diäthylaluminiummonochlorids wurden 0,02 mMol Kobalt-III-tris-acetylacetonat zugesetzt und
die Polymerisation während 60 Minuten unter Rühren fortgesetzt, wobei die Temperatur bei 40°C gehalten
wurde. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde in 200 ecm Methanol gegossen, welches 1% /?-Naphthylamin
enthielt, und ein kautschukartiges Polymeres ausgefällt. Das kautschukartige Polymere wurde abgetrennt,
mit Methanol gewaschen und bei Raumtemperatur getrocknet.
tr_ -Λ— ot i„
Ansatz A
Polybutadien
Zinkoxyd
Stearinsäure
Vulkanisationsbeschleuniger
Cyclohexyl-benzothiazylsulfonamid
Vulkanisationsbeschleuniger
Vulkanisationsbeschleuniger
Tetramethylthiuramdisulfid
Schwefel
Antioxydationsmittel
Schwefel
Antioxydationsmittel
Phenyi-^-naphthylamin
Ansatz B
Polybutadien
Zinkoxyd
Stearinsäure
Vulkanisationsbeschleuniger
N-Oxydiäthylen-2-benzothiazol-
sulfonamid
Vulkanisationsbeschleuniger
Vulkanisationsbeschleuniger
Diphenylguanidin
Schwefel
Antioxydationsmittel
Schwefel
Antioxydationsmittel
Teile
100
0,5
0,3
Teile
100
1,0
0,15
1,5
Ruß (mittlerer Teilchendurchmesser 50
45,2 πιμ; Ölabsorption 1,50 cmVg;
BET-spezifischer Oberflächenbereich
69,2 m2/g, pH 8,6, Jodabsorption
95 mg/g)
Naphthenisches Prozeßöl (spezifisches 8
Naphthenisches Prozeßöl (spezifisches 8
Gewicht (D',' °C = 0,920, Viskosität
(SUS) 494 (380C), 59 (99"C),
Gießpunkt -1O0C, Anilinpunkt 870C
Reißfestigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung der Vulkanisationsprodukte
sind in der nachfolgenden Tabelle I aufgeführt.
(III) Zu Vergleichszwecken wurde ein Gemisch aus 80 Teilen Cis-l,4-polybutadien und 20 Teilen Trans-l,4-polybutadien
(Vergleichsversuch A), ein Gemisch aus 94 Teilen Cis-1,4-polybutadien und 6 Teilen Trans-1,4-polybutadien
(Vergleichsversuch B), Hoch-Cis-l/l-poly-
suchung der MikroStruktur zeigte, daß es eine Cis-l,4-struktur von 94,0%, eine Trans-1,4-struktur von
4,8% und eine Vinylstruktur von 1,2% hatte. Die »Eigenviskosität« [jj]^|JÖ| des Polybutadiens (B) betrug 2,6.
(II) Dieses Polybutadien wurde gemäß den folgenden Ansätzen A und B abgemischt und jede dieser Massen
während 40 Minuten bei 1600C (bei Ansatz A) und bei 14O0C (bei Ansatz B) vulkanisiert.
C),
;„j_:„ ζ-:- ι λ ι..
ivui^-viJ-iT-puij-
butadien (Vergleichsversuch D) und Naturkautschuk (Vergleichsversuch E) jeweils gemäß den vorstehenden
Ansätzen A und B abgemischt und jede dieser Massen während 40 Min. bei 160°C(bei Ansatz A) und bei 140°C
(bei Ansatz B) vulkanisiert. Die Eigenschaften der vulkanisierten Produkte sind ebenfalls in Tabelle I aufgeführt.
Das bei den Vergleichsversuchen A, B und C angewandte Cis-1,4-polybutadien bestand aus einem
Cis-1,4-polybutadien mit einem Gehalt der Monomereneinheiten in Cis-1,4-struktur von 98%, in Trans-1,4-struktur
von 1% und in Vinylstruktur von 1%, welches durch Polymerisation von Butadien-(1,3) unter Verwendung
von Kobaltoctoat und Diäthylaluminiummonochlorid als Katalysator erhalten worden war. Das
bei den Vergleichsversuchen A und B verwendete Trans-l,4-polybutadien bestand aus einem Trans-1,4-polybutadien
mit Gehalt an Monomereneinheiten in Trans-1,4-struktur von 99,8%, welches mit einem aus
Vanadiumtrichlorid, Pyridin und Diäthylaluminiummonochlorid bestehenden Katalysatorsystem erhalten
worden war. Das in den Vergleichsversuchen A und B verwendete Gemisch aus Cis-1,4- und Trans-1,4-polybutadien
wurde durch Auflösen der beiden Polybutadiene in Benzol unter Vermischen und Eingießen der
Polymerlösung in eine große Menge Methanol zur Ausfällung der Polybutadiene hergestellt. Das in Vergleichsversuch
D eingesetzte Niedrig-Cis-1,4-polybutadien besteht aus einem Polybutadien mit einem Gehalt
an Monomereneinheiten in Cis-1,4-struktur von 38,8%, in Trans-1,4-struktur von 48,6% und in Vinylstruktur
von 12,6%, welches durch Anwendung eines lithiumhaltigen Katalysators erhalten wurde.
[η] Ansatz (A) | Zug | Dehnung | Ansatz (B) | Zug | Dehnung |
Reiß | festigkeit | Reiß | festigkeit | ||
festigkeit | (kg/cm*) | (%) | festigkeit | (kg/cm*) | (%) |
(kg/cm) | (kg/cm) | ||||
Polybutadien 2,6 3,7 23,0 367 37,0 190 463 nach Beispiel 1
Vergleichsversuch C " Xl
0,4 10,9 84 10,1 180 400
Vergleichsversuch D Xl
0,6 13,4 117 9,6 170 380
Es ergibt sich aus Tabelle I, daß die aus erfindungsgemäß erhaltenem Polybutadien hergestellten Kautschuke
eine ganz überlegene Reißfestigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung hatten im Vergleich zu den
Kautschuken aus den anderen Polybutadienen, die Werte nahe denjenigen von Naturkautschuk zeigten.
Daraus ergibt sich eindeutig, daß die gemäß der Erfindung erhaltenen Polybutadiene eine bemerkenswert
verbesserte Reißfestigkeit, insbesondere auch im Fall der Vermischung mit Kohlenstoff im Vergleich zu
Kautschuk aus üblichem Hoch-Cis-l,4-polybutadien zeigten.
Beispiele 2 bis 25
Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch die in der nachfolgenden Tabelle II aufgeführten
Trans-1,4-polymerisationskatalysatoren, Cis-1 ^-polymerisationskatalysatoren
und Polymerisationsbedingungen angewandt.
Sämtliche der erhaltenen Polybutadiene wurden mit den anderen Verbindungen entsprechend den AnTabelle
II
Sätzen A und B abgemischt und jede dieser Massen ίο unter den gleichen Vulkanisationsbedingungen, wie bei
Beispiel 1, vulkanisiert.
Arbeitsbedingungen, Eigenviskosität und Mikrostruk-
Arbeitsbedingungen, Eigenviskosität und Mikrostruk-
tur der erhaltenen Polybutadiene und die Eigenschaften
der erhaltenen vulkanisierten Produkte sind in ir>
Tabelle Il zusammengefaßt.
Beispiel | 2 | M- k,.. | 4 | ΊΙΛΙΤΙΙί>Ιΐ | 5 | 6 | 7 | 13 | |
8 | 31 | 3 | 31 | F | 31 | 31 | 31 | 31 | |
Menge (g) eingesetztes Butadien-(1,3) | 31 | 31 | 31 | ||||||
(gelöst in 250 ml Benzol) | a | C | e | e | e | h | |||
Trans-1,4-polymerisationskatalysa tor | f | 360 | b | 360 | d | 360 | 360 | 360 | 200 |
Al/V-Molverhältnis | 200 | 30 | 500 | 30 | 72 | 30 | 30 | 30 | 30 |
Polymerisationstemperatur (0C) | 30 | 10 | 30 | 10 | 30 | 10 | 10 | 10 | 10 |
Polymerisationszeit (Min.) | 10 | a' | 10 | b' | 10 | c' | d' | e' | j' |
Cis-1,4-polymerisationskatalysato r | P | 1 | b' | 1 | b' | 1 | - | — | |
V/Co-Molverhältnis | 1,7 | 40 | 0,71 | 40 | 5 | 40 | 40 | 40 | |
Polymerisationstemperatur (0C) | 60 | 40 | 60 | 40 | 60 | 30 | 30 | ||
Polymerisationszeit (Min) | 24,0 | 60 | 22,0 | 60 | 20,0 | 25,0 | 23,0 | ||
Menge an erhaltenem Polybutadien (g) | 2,4 | 20,0 | 2,4 | 20,0 | 2,3 | 2,1 | 1,8 | ||
»Eigenviskosität« [τ?]to'iuoi | 2,3 | 2,1 | |||||||
MikroStruktur | 4,3 | 6,0 | 7,2 | 6,5 | 7,2 | ||||
Trans-1,4 (%) | 2,2 | 4,3 | 2,2 | 27,2 | 1,7 | 1,8 | 3,8 | ||
Vinyl (%) | 93,5 | 2,2 | 91,8 | 2,6 | 91,1 | 91,7 | 89,0 | ||
Cis-1.4 (%) | 93,5 | 70,2 | |||||||
3,0 | 3,2 | 4,1 | 3,8 | 3,8 | |||||
23,1 | 2,7 | 26,5 | 6,5 | 34,5 | 30,0 | 31,1 | |||
313 | 20,1 | 310 | 86,0 | 426 | 397 | 395 | |||
298 | 286 | ||||||||
38 | 38 | 40 | 39 | 41 | |||||
185 | 36 | 180 | — | 191 | 190 | 195 | |||
473 | 180 | 480 | - | 454 | 465 | 458 | |||
472 | — | ||||||||
Nr. bzw.' | Vergleichsversuch | ||||||||
9 | 12 | ||||||||
31 | 11 | 31 | |||||||
31 | |||||||||
g | h | ||||||||
360 | h | 200 | |||||||
30 | 200 | 30 | |||||||
10 | 30 | 10 | |||||||
Eigenschaften des vulkaniserten Produktes | g- | 10 | j/ | ||||||
(Masse nach Ansatz A) | 0^3 | C' | 1.7 | ||||||
Reißfestigkeit, (kg/cm) | 10 | ||||||||
Zugfestigkeit (kg/cm2) | 31 | ||||||||
Dehnung(%) | |||||||||
h | |||||||||
200 | |||||||||
30 | |||||||||
10 | |||||||||
Eigenschaften des vulkanisierten Produktes | h' | ||||||||
(Masse nach Ansatz B) | 1,7 | ||||||||
Reißfestigkeit (kg/cm) | |||||||||
Zugfestigkeit (kg/cm2) | |||||||||
Dehnung(%) | |||||||||
Tabelle II (Fortsetzung) | |||||||||
Menge (g) eingesetztes Butadien-(1,3) | |||||||||
(gelöst in 250 ml Benzol) | |||||||||
Trans-1,4-poIymerisationskatalysator | |||||||||
AI/V-MoIverhältnis | |||||||||
Polymerisationstemperatur (0C) | |||||||||
Polymerisationszeit (Min.) | |||||||||
Cis-1,4-polymerisationskataIysator | |||||||||
V/Co-Molverhältnis | |||||||||
13
14
Fortsetzung
Beispiel Nr. bzw. Vergleichsversuch 8 9 10
12
Polymerisationstemperatur (°C) Polymerisationszeit (Min.) Menge an erhaltenem Polybutadien
(g)
»Eigenviskosität« [^?] τνΓι^οΐ
MikroStruktur
Trans-1,4(%) Vinyl (%)
Cis -1,4 (%)
Eigenschaften des vulkanisierten
ι luuuMta iiriaaac iiain miaail. u)
Reißfestigkeit (kg/cm) Zugfestigkeit (kg/cm2) Dehnung(%)
Eigenschaften des vulkanisierten Produktes (Masse nach Ansatz B) Reißfestigkeit (kg/cm)
Zugfestigkeit (kg/cm2) Dehnung (%)
Tabelle II (Fortsetzung)
40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 30 |
18,0 | 23,0 | 25,0 | 26,0 | 27,0 | 28,0 |
1,7
2,6
2,1
Beispiel Nr. bzw. Vergleichsversuch 14 15 16
17
Menge (g) eingesetztes Butadien-(1,3) (gelöst in 250 ml Benzol). Trans-l,4-polymerisationskatalysator
Al/V-Molverhältnis Polymerisationstemperatur (°C)
Polymerisationszeit (Min.) Cis-1 ^-polymerisationskatalysator
V/Co-Molverhältnis Polymerisationstemperatur (0C)
Polymerisationszeit (Min.) Menge an erhaltenem Polybutadien (g)
»Eigenviskosität« [η]ψ°^ο[
»Eigenviskosität« [η]ψ°^ο[
MikroStruktur
Trans-1,4 (%) Vinyl (o/o)
Cis-1,4 (%)
Trans-1,4 (%) Vinyl (o/o)
Cis-1,4 (%)
Eigenschaften des vulkanisierten Produktes (Masse nach Ansatz A) Reißfestigkeit (kg/cm)
Zugfestigkeit (kg/cm2) Dehnung(%)
Eigenschaften des vulkanisierten Produktes (Masse nach Ansatz B) Reißfestigkeit (kg/cm)
Zugfestigkeit (kg/cm2) Dehnung(%)
31
31
2,4
2.6
1,9
2.5
7,7 | 4,! | 8,2 | 7.2 | 7.7 | 7,8 |
2,6 | 2,4 | 1.6 | 1,0 | 1,4 | 2,9 |
89,7 | 93,5 | 90,2 | 91,8 | 90.9 | 89,3 |
4,0 | 2,6 | 4,3 | 4,0 | 4,2 | 4,4 |
35,0 | 19,9 | 36,8 | 33,9 | 35,1 | 36,7 |
419 | 300 | 430 | 421 | 420 | 412 |
42 | 34 | 43 | 39 | 43 | 44 |
203 | 182 | 196 | 188 | 193 | 199 |
452 | 448 | 456 | 440 | 458 | 446 |
18
31
J | J | J | J | k | |
200 | 360 | 360 | 360 | 360 | 13.3 |
30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
k' | h' | i' | c' | Γ | |
1 | 0,93 | 0,93 | — | — | 25 |
40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
30 | 60 | 60 | 60 | 30 | 60 |
25.0 | 26.0 | 26.0 | 23.0 | 28.0 | 24.3 |
7,0 | 4,1 | 4,2 | 5,2 | 6,6 | 6,6 |
2S) | 1,4 | 1,6 | 1,8 | 3,4 | 1,9 |
90,1 | 94,5 | 94,2 | 93,0 | 90,0 | 91,5 |
3,8 | 3,0 | 3,2 | 3,5 | 3,7 | 4,0 |
31,4 | 23,6 | 23,8 | 25,0 | 29,4 | 30,0 |
393 | 315 | 317 | 326 | 385 | 400 |
38 | 35 | 37 | 37 | 38 | 40 |
190 | 185 | 190 | 195 | 197 | 201 |
437 | 445 | 446 | 441 | 435 | 440 |
Menge (g) eingesetztes Butadien-(13) (gelöst in 250 ml Benzol)
31
31
31
Trans-1,4-poIymerisationskatalysa tor | k | 1 | m | m | m |
Al/V-Molverhältnis | 133 | 133 | 333 | 333 | 333 |
Poljrmerisationstemperatur ("C) | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
Polymerisationszeit (Min.) | 10 | - 10 | 10 | 10 | 10 |
Cis-l^polymerisationskatalysator | C' | e' | 1' | i' | c' |
WCo -Molverhältnis | — | — | 1 | 1 | |
Polymerisationstemperatur ("C) | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
Polymerisationszeit (Min.) | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
Menge an erhaltenem Polybutadien (g) | 22,0 | 26,7 | 25,0 | 23,0 | 25,0 |
»Eigenviskosität« M^jj,, | 2,1 | 2,0 | 24 | 2.6 | 2,0 |
MikroStruktur | |||||
Trans-1,4 (%) | 4,5 | 7,5 | 6,2 | 9,4 | 54 |
Vinyl (%) | ί,Ο | 5,6 | 1.5 | 2,1 | 13 |
Cis-1,4 (%) | 944 | 86^ | 923 | 88^ | 93,2 |
Eigenschaften des vulkanisierten Produktes | |||||
(Masse nach Ansatz A) | |||||
Reißfestigkeit (kg/cm) | 34 | 3,1 | 33 | 4,4 | 34 |
Zugfestigkeit (kg/cm2) | 23,0 | 28,5 | 27,0 | 37,6 | 25,2 |
Dehnung(%) | 340 | 320 | 311 | 434 | 330 |
Eigenschaften des vulkanisierten Produktes | |||||
(Masse nach Ansatz B) | |||||
Reißfestigkeit (kg/cm) | 36 | 40 | 36 | 44 | 36 |
Zugfestigkeit (kg/cm2) | 196 | 198 | 190 | 210 | 188 |
Dehnung (%) | 468 | 459 | 438 | 421 | 450 |
Die in Tabelle II aufgeführten Trans- 1,4-poIymerisationskatalysatoren waren folgende:
a: 0.028 mMol Vanadium-IlI-tris-acetylacetonat und
10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid.
b: 0,02OmMoI Vanadium-III-tris-acetyiacetonat und
10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid. c: 0,028 mMol Vanadium-III-tris-acelylacetonat und
10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid.
d: 0,HmMoI Vanadium-lll-tris-acetylacetonat und
10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid.
e: 0,028 mMol Vanadium-III-tris-acetylacetonat und
10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid. f: 0,05 mMol Vanadium-lll-tris-acetylacetonat,
10 mMol Triäthylaluminium und 2OmMoI AIu
miniumtrichlorid, sämtliche gelöst in 10 ml Benzol
und während 30 Minuten bei 300C gealtert,
g: 0,028 mMol Vanadium-III-tris-acetylacetonat und
10 mMol Äthylaluminiumsesquichlorid.
h; 0,05 mMol Vanadyl-bis-acetylacetonat und
10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid. i: 0,05 mMol Vanadyl-bis-acetylacetonat, 10 mMol
Triäthylaluminium, 20 mMol Aluminiumtrichlorid und IO ml Benzol, die bei 300C während 60 Minuten
gealtert worden waren,
j: 0,028 mMol, berechnet als V, Vanadiumnaphthenat
und 1OmMoI Diäthylaluminiummonochlorid.
m:
0,75 mMol Vanadiumtrichlorid und 0,88 mMol Pyridin wurden bei 300C während 30 Minuten nach
Zugabe von 10 ml Benzol gealtert. Die erhaltene überstehende Flüssigkeit und 10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid wurden verwendet.
0,75 mMol Vanadiumtrichlorid und 0,88 mMol Pyridin wurden nach Zugabe von 10 ml Benzol bei
300C während 30 Minuten gealtert. Die erhaltene überstehende Flüssigkeit und 10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid wurden verwendet.
0.03 mMol Vanadiumoxytrichlorid und 10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid.
Die in Tabelle II aufgeführten Cis-l,4-polymerisationskatalysatoren waren folgende:
a': 0,028 mMol Kobaltoctoat.
b': 0,028 mMol Kobalt-lII-tris-acetylacetonat.
c': I g eines Materials mit einem Gehalt von 18 Gewichtsprozent Kobalt, welches durch elektrochemische Abscheidung von metallischem Kobalt
auf Pulver aus metallischem Zink erhalten worden war.
d': 1 g Quecksilber-ll-chlorid, 0,1 g metallisches Kobalt, 0,15 g Wasser, 10 ml Benzol und 16,6 mMol
Diäthylaluminium. gealtert bei 30°C während 10 Minuten.
909 543/22
5 ml der überstehenden Flüssigkeit, welche nach j':
der Alterung bei 800C während 180 Minuten von
100 ml Monochlorbenzol, 2 g metallischem Aluminiumpulver, 7 g Phosphorpentacblorid und 4 g
Kobaltchlorid erhalten worden war und 8 Ge- 5 k': wichtsprozent Wasser enthielt
0,03 mMol Kobaltortoat und 1OmMoI Diäthylalu- Γ:
miniummonochlorid.
0,03 mMol Kobaltoctoat und 4 mMol Pyridin.
0,03 mMol Kobaltoctoat
0,03 mMol Kobalt-III-tris-acetylacetonat
0,05 g metallisches Kobalt, 6,3 mMol Pyridin und
12 mMol Ätbylalumtnmmdichlorid und 10 ml Benzo], die bei 300C während 60 Minuten gealtert
worden waren.
0,05 mMol Kobaltoctoat, 4 mMol Pyridin und 10 mMoi Äthylaluminiumsesquichlorid,
Eine Flüssigkeit, welche durch Alterung von 0,05 g metallischem Kobalt, 6,3 mMol Pyridin, 12 mMol
Äthylaluminiumdichlorid und 10 ml Benzol bei 300C während 60 Minuten erhalten worden war.
Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch die in Tabelle III aufgeführten Trans-1,4-polymerisationskatalysatoren und Cis-l^polymerisationskatalysatoren gleichzeitig zu dem Reaktionssystem zugesetzt und die in Tabelle IH angegebenen Reaktionsbedingungen angewandt Die Arbeitsbedingungen und
die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt
Es ergibt sich aus Tabelle III, daß, falls Butadien-(U)
zwar unter den Bedingungen gemäß der Erfindung polymerisiert wird, jedoch der Trans-1,4-polymerisationskatalysator und der Cis-l/t-polymerisationskatalysator gleichzeitig zu dem Reaktionssystem zugegeben
werden, in zahlreichen Fällen ein pulverförmiges Polybutadien erhalten wird, das schwierig zu κ jiem Kautschukprodukt zu verarbeiten ist Es ergibt sich auch,
daß, falls der Cis-1,4-polymerisationskatalysator in einer
größeren Menge als der Trans-1,^polymerisationskatalysator verwendet wird, ein kautschukartiges Polybutadien erhalten wird, daß jedoch die aus diesem Polybutadien gemäß den gleichen Ansätzen A und B und in
der gleichen Weise, wie in Beispiel 1, erhaltenen vulkanisierten Produkte, im Gegensatz zu den Polybutadienen gemäß der Erfindung, keine verbesserte Reißfestigkeit besitzen.
T^elle III
Vergleichsversuch | H | I | |
G | 31 | 31 | |
Menge an verwendetem Butadien-(13) (g) | 90 | (gelöst in 250 ml | (gelöst in 250 ml |
(gelöst in 100 ml | Benzol) | Benzol) | |
Benzol) | b | C | |
Trans-1 ^-polymerisationskatalysator | a | b' | C' |
Cis-1 ^-polymerisationskatalysator | a' | 1 | 1,7 |
V/Co-Molverhältnis | 0,29 | 40 | 40 |
Polymerisationstemperatur ("C) | 30 | 60 | 60 |
Polymerisationszeit (Min.) | 60 | 4,2 | 4,9 |
Menge des erhaltenen Polybutadiens (g) | 46,0 | (pulvrig) | (pulvrig) |
- | — | ||
»Eigenviskosität« [ij]^oi | 3,8 | ||
MikroStruktur | 45,2 | 50,9 | |
Trans-1,4 (%) | 9,4 | 0,6 | 0.5 |
Vinyl (%) | 1,0 | 54,2 | 48,6 |
Cis-1,4 (%) | 89,6 | ||
(Masse nach Ansatz A)
Dehnung (%) 285
Eigenschaften des vulkanisierten Produktes (Masse nach Ansatz B)
Dehnung (%) 433
Tabelle III (Fortsetzung) | 19 33 620 | 20 | 31 | |
19 | (gelöst in 250 ml Benzol) | |||
Menge an verwendetem Butadien-(lß) (g) | E | |||
Vergleichsversuch
K |
E' | |||
Trans-1,4-polymerisationskatalysator | 31 | 0,29 | ||
Cis-1 ^polymerisationskatalysator | (gelöst in 250 ml Benzol) | 40 | ||
V/Co-Molverhältnis | D | 60 | ||
Polymerisationstemperatur ("C) | D' | 23,0 | ||
Polymerisationszeit (Min.) | 37 | (pulvrig) | ||
Menge des erhaltenen Polybutadiens (g) | 40 | — | ||
60 | ||||
»Eigenviskosität« Μτζ^,ι | 4.7 | 9.1 | ||
MikroStruktur | (pulvrig) | 24.1 | ||
Trans-1,4 (%) | — | 66.8 | ||
Vinyl (%) | ||||
Cis-1,4 (%) | 65,0 | |||
Eigenschaften des vulkanisierten Produktes | 3,0 | — | ||
(Masse nach Ansatz A) | 32,0 | — | ||
Reißfestigkeit (kg/cm) | ||||
Zugfestigkeit (kg/cm2) | ||||
Dehnung(%) | — | |||
— | ||||
— | ||||
Eigenschaften des vulkanisierten Produktes
(Masse nach Ansatz B)
Dehnung(%)
Die in Tabelle III aufgeführten Trans- 1,4-polymerisationskatalysatoren waren folgende: ■»<
>
a: 0,086 mMol Vanadium-IlI-tris-acetylacetonat und
20 mMol Äthylaluminiumsesquichlorid.
b: 0,028 mMol Vanadium-IN-tris-acetylacetonat und
10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid.
c: 0,05 mMol Vanadyl-bis-acetylacetonat und 10 4ί
mMol Diäthylaluminiummonochlorid.
d: Bei 3O0C während 30 Minuten gealtertes Produkt aus 0,75 mMol Vanadiumtrichlorid, 0,88 mMol
Pyridin und 10 ml Benzol sowie 10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid. e: 0,75 mMol Vanadiumtrichlorid und 10 mMol Diäthylaluminiummonochlorid.
Die in Tabelle III aufgeführten Cis-!^-polymerisationskatalysatoren waren folgende:
a': 0,30 mMol Kobalt-IIt-tris-acetylacetonat.
b': 0,028 mMol Kobalt-III-tris-acetylacetonat.
c': 0,03 mMol Kobaltoctoat.
d': 0,02 mMol Kobalt-III-tris-acetylacetonat.
e': 2,62 mMol Kobalt-III-tris-acetylacetonat.
Fr?ktionierungsversueh
Der Fraktionierungsversuch und die Bestimmungen der Kristallinität und der Schmelzpunkte wurden hinsichtlich
(I) des Polybutadiens nach Beispiel 1,
(II) eines Gemisches aus 6 Teilen eines Hoch-Trans-1,4-polybutadiens und 94 Teilen eines Hoch-Cis-
1,4-polybutadiens, die im Vergleichsversuch B verwendet wurden, und
(III) des in Vergleichsversuch G unter gleichzeitiger Anwendung des Trans- 1,4-polymerisationskatalysators des Cis-l,4rpolymerisationskatalysators
erhaltenen Polybutadiens durchgeführt.
5 g der Polybutadienprobe wurden in 250 ecm Toluol
bei 60 bis 7O0C gelöst und die Lösung auf etwa -20° C
abgekühlt, wodurch eine teilweise Ausfällung des Polybutadiens verursacht wurde. Die dabei erhaltene Aufschlämmung wurde einer Zentrifugalabscheidung bei
0 bis 100C zur Auftrennung in den ausgefallenen Teil und den Lösungsteil unterworfen. Der ausgefallene
Teil wurde weiterhin dem gleichen Abtrennverfahren unter Anwendung von 100 ecm Toluol unter Auftrennung in einen ausgefallenen Teil und einen Lösungsteil
unterworfen. Der ausgefallene Teil wurde getrocknet und ergab das Polybutadien. Die bei diesen beiden Abtrennarbeitsgängen abgetrennten Lösungsteile wurden
vereinigt und zu einer großen Menge Methanol gegeben, wobei ein Polybutadien ausfiel, welches dann getrocknet wurde. Die MikroStruktur der Polybutadiene
hinsichtlich der Ausfällung und der Lösungsteile wurde bestimmt.
Der Schmelzpunkt wurde mit einem Gitterdifferenzcalorimeter gemessen und die Kristallinität durch Röntgenstrahlbeugungsanalyse bestimmt.
MikroStruktur
Cis-l,4-struktur Trans-!,4-struktur Vinylstruktur
Schmelzpunkt Kristallinität
Ausfällongsteil
U-
sungsteil
Ausfällungsteil
Lösungsteil
Ausfällungsteil
Lö | ge | Aus- |
sungs- | samtes | fäl- |
teil | Poly | Iungs- |
meres | teil |
ge- Aussamtes fäl-PoIylungsmeres
teil
Nach Beispiel 1 16,0
erhaltenes Polybutadien
Nach Vergleichs- 0,1
versuch B erhaltenes Polybutadien
Nach Vergleichs- 12,6
versuch G erhaltenes Polybutadien
versuch G erhaltenes Polybutadien
97,4 834 1.4 0,5 1,2 1314 135,0 2,0 533
97,8 994 1,0 0,4 1,2 133,0 138,0 4,1 71,0
96,2 873 3,2 0,1 0,6 125,0 131,0 2,7 49,7
Die Ergebnisse der Bestimmung zeigen das folgende:
(1) Die Trans-1,4-struktur wird eindeutig von der Cis-1,4-struktur in dem Gemisch nach Vergleichsversuch
B abgetrennt Hingegen liegt bei dem Polybutadien gemäß der Erfindung eine beträchtliche Menge
der Cis-1,4-struktur sogar im Ausfällungsteil vor. Dies
dürfte belegen, daß das Trans-1,4-polybutadien mindestens
teilweise mit dem Cis-l,4-polybutadien bei den erfindungsgemäßen Polybutadienen verbunden ist.
(2) Das Polybutadien gemäß der Erfindung hat eire
höhere Kristallmität und einen höheren Schmelzpunkt in seinem Ausfällungsteil als das Polybutadien nach
Vergleichsversuch G, welches unter gleichzeitiger Anwendung der Trans-1,4- und Cis-l,4-polymerisationskatalysatoren
erhalten wurde.
Es wurde angenommen, daß die ausgezeichnete Reißfestigkeit der Polybutadiene gemäß der Erfindung im
Vergleich zu den Polybutadienen der Vergleichsversuch B und G auf die vorstehend unter 1 und 2 aufgeführten
Unterschiedlichkeiten zurückzuführen ist.
Vergleichende Untersuchung von
vulkanisierten Produkten
vulkanisierten Produkten
Diese Untersuchung dient zum Beleg, daß das Polybutadien gemäß der Erfindung praktisch die ausgezeichneten
Eigenschaften eines Hoch-Cis-1,4-poIybutadiens beibehält.
Das nach Beispiel 1 erhaltene Polybutadien und das in Vergleichsversuch <2 verwendete Hoch-Cis-1,4-polybutadien
wurden mit den anderen Verbindungen gemäß dem Ansatz B nach Beispiel 1 abgemischt. Jede der dabei
erhaltenen Massen wurde unter den gleichen Bedingungen, wie in Beispiel 1, vulkanisiert Diese vulkanisierten
Produkte wurden einem Wärmeerzeugungsversuch und einem Abriebsversuch unterworfen.
Der Wärmeerzeugungsversuch wurde entsprechend ASTM D 623-58 auf einem Goodrich-Flexometer
durchgeführt und die nach 30 Minuten bei Δ T°C — 100° C erzeugte Wärme bestimmt Der Abriebsversuch
wurde unter Anwendung eines Akron-Abriebsversuch-
gerätes mit einer Belastung von etwa 2,7 kg, einem Winkel von 15° und einer Drehzahl des Abriebssteines
von 33 Umdrehungen/Min^ durchgeführt und der Abriebsverlust angegeben in ecm/1000 Cyclen. Die Ergebnisse
sind in Tabelle V aufgeführt
Tabelle V | Erzeugte Wärme |
Abriebs- verlust (ccm/1000 Cyclen) |
20 19 |
0,005 0,Cl |
|
Polybutadien gemäß Beispiel 1 Polybutadien nach Ver gleichsversuch C |
||
Es ergibt sich aus den Werten der Tabelle V und denjenigen des Beispiels 1, daß das Polybutadien gemäß
der Erfindung gegenüber einem Hoch-Cis-1,4-polybutadien
hinsichtlich des Wärmeaufbaus und der Abriebbeständigkeit
nicht unterlegen ist und daß es eine bent-rkenswert verbesserte Reißfestigkeit besitzt.
Claims (1)
- Patentanspruch;Verfahren zur Herstellung eines Polybutadien nut einer gmndmolaren Viskosität, gemessen bei 26°C in Toluol, von IJ bis 5fl dl/g, in dem 3 bis 20% der Butadieneinheiten in trans-l,4-Konfiguration nnd mindestens 804b der Butadieneinheiten in as-l,4-Konfiguration vorliegen, durch Polymerisation von Botadien-(13) in einem inerten organischen Lösungsmittel bet 0 bis WC und bei Drücken zwischen Atmosphärendruck und 10 atm in zwei Stufen, wobei in einer Stufe in Gegenwart eines eine Vanadiumverbindung als Obergangsmetallkomponente und eine Organoaluniiniuinverbindung enthaltenden, zu Polybutadien mit mindestens 96% der Butadienembehen in trans-l,4-Konfiguration führenden Ziegler-Polymerisations-Katalysatorsystems und in einer anderen Stufe in Gegenwart eines Kobalt oder eine Kobaltverbindung und eine Organoaiunmüumverbindung enthaltenden, zu Polybutadien mit mindestens 90% der Butadieneinheiten in as-i,4-Konnguran°on führenden Segier-Poiymerisations-ICatalysatorsystems polymerisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Butadien-(1,3) zunächst 5 bis 60 Minuten lang in Gegenwart des zu trans-l,4-PoIybutadien führenden Katalysatorsystems polymerisat, dann das zu ds-l,4-Poh/butadien führende Katalysatorsystem zusetzt und in diesem System weiterpolymerisiert
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-
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