DE2203303C3 - Verbessertes Verfahren zur Herstellung von Polyalkenameren - Google Patents
Verbessertes Verfahren zur Herstellung von PolyalkenamerenInfo
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Description
Gegenstand der Anmeldung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Polyalkenameren.
Es ist bekannt, daß man Cycloolefine mit Hilfe von metallorganischen Mischkatalysatoren aus Wolfram-
oder Molybdänverbindungen und Organoverbindungen von Metallen der Gruppen Ia-IVa des Periodensystems
(vgl. Handbook of Chemistry und Physics, 47. Auflage [1966], Seite B-3, Chemical Rubber Company,
Cleveland, Ohio), z. B. Organoaiuminiumverbindungen oder Zinnalkylen unter Ringoffnung polymerisieren
kann. Man erhält dabei ungesättigte Kohlenwasserstoffpolymere, deren Kohlenstoffdoppelbindungen überwiegend
die trans- oder cis-Konfiguration aufweisen können.
So beschreibt das britische Patent 10 10 860 ein Verfahren zur Substanzpolymerisation von Cyciopenten.
Dieses Verfahren erfordert sehr große Katalysatormengen. Die Polymerisation muß bei niedrigen Umsätzen
abgebrochen werden, weil man bei Umsätzen über 20 — 50% unlösliche, vernetzte, technisch unbrauchbare
Polymerisate erhält.
Man hat ferner versucht, Cycloolefine in Lösung in organischen Lösungsmitteln zu polymerisieren. Dies
erfordert die Anwendung hochaktiver Mischkatalysatoren, die schon bei Einsatz geringer Katalysatormengen
hohe Ausbeuten an Polyalkenameren liefern.
Ein hochaktives Katalysatorsystem besteht zum Beispiel aus
a) einer Wolfram-oder Molybdänverbindung
b) einem Cokatalysator
c) einer Organoverbindung aus Metallen der Gruppen Ia bis IVa des Periodensystems,
wobei a) und b) auch im vorab miteinander umgesetzt,
werden können. Ein spezielles Beispiel ist die Kombination eines jU-Halogenalkoxy-Wolframhalogenids wie
WCI4^OCH2CH2Cl)I18 und eines Dialkylaluminiumhalogenids
wie Al(C2Hs)2Cl.
Die Lösungspolymerisation bietet gegenüber der Substanzpolymerisation Vorteile in der Reaktionsführung;
Katalysatorreste lassen sich nach beendeter Polymerisation besonders leicht entfernen.
Mit den hochaktiven Mischkatalysatoren läuft die Polymerisation sehr schneü ab, und es werden im
Anfangsstadiurn sehr hochmolekulare Polymerisate gebildet, so daß Reaktionslösungen mit extrem hohen
Viskositäten auftreten. Dadurch wird im Anfangsstadium der Polymerisation die Abführung der Reaktionswärme
sehr erschwert Zum Durchmischen der Polymerisationslösung muß viel Energie angewendet werden,
die letztlich in Wärme übergeht und die Lösung zusätzlich aufheizt. Temperaturkontrolle erfordert aber
unter diesen Bedingungen einen erheblichen technischen Aufwand. Bei kontinuierlich durchgeführter
Polymerisation in einer Reihe von Rührkesseln können infolge der hohen Viskosität im ersten Polymerisationsreaktor Schwierigkeiten bei der gleichmäßigen Verteilung
der Reaktionspartner — Katalysatorkomponenten und Monomer — auftreten. Dadurch erzeugte Inhomogenitäten
im ersten Reaktor können dort zur Gelbildung führen.
Alle diese Probleme lassen sich, wenn auch mit erhöhtem technischen Aufwand, grundsätzlich lösen,
wenn die Konzentration der Monomeren in der Polymerisationslösung 10-15% nicht übersteigt. Dadurch
ist die Raum-Zeit-Ausbeute der Polymerisa ion begrenzt Bei Polymerisation bis auf einen Endumsatz
von rund 80% kann man maximal mit einer Monomerkonzentration von 15% arbeiten.
Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur ringöffnenden Polymerisation von
Cycloolefinen in Lösung in einem inerten organischen Lösungsmittel mit hochaktiven metallorganischen
Mischkatalysatoren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Polymerisation in einer Lösung des
Cycloolefins, die 30-70 Gew.-% der gesamten zu polymerisierenden Cycloolefinmenge enthält, startet
und im Lauf der Polymerisation den Rest der zu pülyrnerisicrenden Cycloolefinmenge zufügt.
Bevorzugt startet man die Polymerisation mit einer Lösung des Cycloolefins in einem inerten organischen
Lösungsmittel, die 50 Gew.-% des gesamten zu polymerisierenden Cycloolefins enthält und gibt den
Rest des Cycloolefins nach 30 bis 90 Minuten Polymerisationszeit in mehreren Chargen (z. B. bis zu
drei) oder bevorzugt in einer Charge zu.
Bei dieser Arbeitsweise wird das Mengenverhältnis von Katalysator zu Monomer am Anfang der
Polymerisation erhöht und dadurch die Viskosität der Reaktionslösung soweit herabgesetzt, daß bei der
Temperaturführung und der gleichmäßigen Verteilung der Reaktionspartner keine Schwierigkeiten mehr
auftreten. Nach 30-90 Minuten Polymerisationszeit kann man die restliche(n) Monomer-Teilmenge(n)
zugeben. Auch dann steigt die Viskosität nicht zu stark an. Nach weiteren 60-90 Minuten ist die Polymerisation
beendet. Man erhält nach diesem Verfahren überraschenderweise Polymerisate mit der gleichen
MikroStruktur und gleichen molekularen Eigenschaften wie sie bei Einsatz der gesamten Monomermenge zu
Beginn der Polymerisation erhalten werden.
Erfindungsgemäß benötigt man überraschenderweise wesentlich geringere Katalysatorkonzentrationen. Bei
der Herstellung von Polymerisaten im technisch interessanten Molekulargewichtsbereich kann die Katalysatorersparnis
bis zu 50% betragen. Schließlich kann beim Polymerisieren bis zu einem Umsatz von 80-90%
die Gesamtmonomerkonzentration erheblich gesteigert werden und damit auch die Raum-Zeit-Ausbeute. Da
geringere Katalysatormengen eingesetzt werden, ist auch das Entfernen von Katalysatorrückstände aus dem
Polymerisat erheblich vereinfacht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl diskontinuierlich wie kontinuierlich durchgeführt werden.
Bei diskontinuierlicher Durchführung, beispielsweise in einem Rührkesse!, wird dem als Polymerisations-
medium dienenden Lösungsmittel zunächst der erste Teil des Monomeren, der 30% - 70%, vorzugsweise um
50% der Gesamtmenge beträgt, zugesetzt. Ferner kann man zur Einstellung des gewünschten Molekulargewichts
kleine Mengen an offenkettigen Olefinen, ζ. Β. Buten-1 oder Penten-1 als Regler zusetzen. Diese
Mischung wird dann auf die gewünschle Reaktionstemperatur gebracht. Dann gibt man die Katalysatorkomponenten
zu. In einer bevorzugten Ausführungsform gibt man zunächst die Wolfram- oder Molybdän verbindung
in Form einer Lösung in dem als Polymerisaticnsmedium verwendeten Kohlenwasserstoff und danach
eine Lösung der aluminiumorganischen Verbindung zu. Durch Kühlung hält man die gewünschte Reaktionstemperatur
ein. Nach 30 — 90 Minuten (vorzugsweise 40 — 60 ι j
Minuten) gibt man den Rest des Monomeren, den man auf die Reaktionstemperatur oder tiefer vorkühlt, zu.
Nach weiteren 30 — 90 Minuten ist die Polymerisation beendet. Der Polymerisationskatalysator wird durch
Zugabe einer kleinen Menge einer Base, Säure und/oder eines Alkohols desaktiviert. Gleichzeitig oder anschließend
werden zum Schutz gegen Abbau 0,1 bis 1,0% (bezogen auf Polymerisat) eines Stabilisators zugesetzt.
Bei kontinuierlicher Durchführung des Verfahrens in einer Reaktorkaskade, z. B. in einer Reihe von
hintereinandergeschalteten Rührkesseln, werden das Lösungsmittel, gegebenenfalls ein Regler, der erste Teil
des Monomeren und die Katalysatorkomponenten in den ersten Reaktor kontinuierlich eingefahren. Nach
einer mittleren Verweilzeit von 30 — 90 Minuten wird der Polymerisationslösung, z. B. bei Überführung in den
zweiten Reaktor, das restliche Monomer zugegeben.
Die Gesamtmonomerkonzentration kann erfindungsgemäß 10 bis 30 Gew.-%, insbesondere lii -20 Gew.-%
betragen.
Die Polymerisationstemperatur ist -50 bis +30° C, vorzugsweise -25 bis +250C.
Die Polymerisation wird im wesentlichen unter Ausschluß von Sauerstoff, Wasser und H-aciden
Verbindungen durchgeführt. Man arbeitet gewöhnlich unter einer Schutzgasatmosphäre, ζ. Β. unter trockenem
Stickstoff.
Als Lösungsmittel für das Verfahren kommen aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe
oder deren Mischungen in Betracht, vorzugsweise mit Siedepunkten oder -bereichen in +30
bis +2000C, z.B. Hexan, Cyclopentan, Cyclohexan,
Benzol, Toluol oder Mischungen daraus, z. B. Cyclohexan und Bem:ol oder Toluol.
Cycloolefine im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere Cyclomonoolefine mit 5 — 18 C-Atomen, z.B.
Cyclopenten, Cyciohepten, Cycloocten, Cyclododecen. Bevorzugt ist Cyclopenten.
Hochaktive metallorganische Mischkatalysatoren im Sinne der Erfindung sind bevorzugte Mischungen aus
a) einem Wolframsalz, bevorzugt Wolframhalogenid bzw. Oxyhalogenid, z. B. WCl6, WCl5, WBr5, WCl4O,
WF6,
b) einem Cokatalysator, z. B.
1) einem Epoxid der allgemeinen Formel
X-CH
-CH-Y
X = H,Alkyl,Aryl,Aralkyl
Y = H, Alkyl, Aryl, Aralkyl. CH2-HaI (Hal =
Br. Π
X und Y können substituiert sein durch z. B. Alkyl (CH3 -) und/oder Halogen (Cl),
2) einem Acetal der allgemeinen Formel
2) einem Acetal der allgemeinen Formel
OR'
OR'
in der R Wasserstoff, einen ggf. halogenhaltigen (F, Cl, Br, J) Alkyl-, Aryl- oder Alkylyrylrest und
R' einen Alkylarylrest, der ggf. halogensubstituiert (F, Cl, Br, J) ist, bedeuten,
3) einem Halogenalkolhol der allgemeinen Formel
3) einem Halogenalkolhol der allgemeinen Formel
K R3
HO X
in dei X = F, Cl1 Br oder J ist, wobei R1 und R2
gleich oder verschieden sein können und Wasserstoff, einen Alkyl-, Aryl- oder Aralkylrest,
R3 und R4 gleich oder verschieden sein können und Fluor, Chlor, Jod, Wasserstoff, Alkyl-, Aryl-
oder Aralkyl bedeuten und worin Ri und R3 zusammen mit den Kohlenstoffatomen, an denen
sie stehen, einen 5- oder mehrgliedrigen Kohlenstoffring bilden können.
Alkyl in den obenstehenden Definitionen ist bevorzugt. Alkyl
Alkyl in den obenstehenden Definitionen ist bevorzugt. Alkyl
1—6 Kohlenstoff a tomer.
wie Methyl, Äthyl, Propyl, Isobutyl, Hexyl; Aryl enthält bevorzugt 6 — 20 Kohlenstoffatome. Beispiele
sind Phenyl, Tolyl, Diphenyl, Naphthyl, Aralkyl ist eine Kombination an einer Alkyl- und
einem Arylrest der angegebenen Art. Ein Beispiel ist Benzyl.
Beispiele für diese Cokatalysatoren sind Äthylenoxid, Propylenoxid, Epichlorhydrin, 2-Chloräthanol,
2-Brom-äthanol, 2-Fluoräthanol, 2-Jodäthanol,
2-Chlorcyclohexanol, 2-Chlorcyclopentanol,
Di-2-chloräthylformal,Diälhylformal,
c) einer aluminiumorganischen Verbindung, bevorzugt der Formel
c) einer aluminiumorganischen Verbindung, bevorzugt der Formel
Al-R2'
worin R'i, R'2 und R'3 Alkyl und R'2 und R'j auch
Halogen (Cl, Br, F, J) oder Alkoxyreste bedeuten, z. B. Al(ISoC4Hg)3, Al(C2Hs)3, Al(C2Hs)2CI, AlOH-Ck
Al(C2Hs)2Br, Al(IC4Hs)2Cl, Al(C2Hs)2OC2H5 und AIuminiumsesquihalogenid,
z. B. AI2(C2Hs)3CI3.
In der Formel c) sind Alkylreste bevorzugt solche mit 1-6 C-Atomen, Alkoxyreste solche mit 1-6 C-Atomen, Arylreste: Phenyl, ToIyI1 Naphthyl, Aralkylreste: Benzyl, Halogen: Cl, Br.
Die Katalysatorkomponenten werden bevorzugt in einem Molverhältnis a : b : c wie 1 :0,3 bis 10 :0,5 bis eingesetzt.
In der Formel c) sind Alkylreste bevorzugt solche mit 1-6 C-Atomen, Alkoxyreste solche mit 1-6 C-Atomen, Arylreste: Phenyl, ToIyI1 Naphthyl, Aralkylreste: Benzyl, Halogen: Cl, Br.
Die Katalysatorkomponenten werden bevorzugt in einem Molverhältnis a : b : c wie 1 :0,3 bis 10 :0,5 bis eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zuerst das Wolframsalz (a) mit dem Cokatalysator (b) in
0,05 — 0,5molarer Lösung in Kohlenwasserstofflösungsmitteln, vorzugsweise dem gleichen Lösungsmittel, in
dem die Polymerisation durchgeführt wird, umgesetzt und das gelöste Umsetzungsprodukt als Katalysatorkomponente
benutzt. Auf diese Weise kann man wesentlich konzentriertere Lösungen der Wolframverbindungen
herstellen und muß nur zwei Katalysatorkomponenten dosieren.
Die metallorganischen Mischkatalysatoren können nach Beendigung der Polymerisation durch Zusatz von
Alkoholen, organischen Säuren oder Aminen desaktiviert werden. Die Polymerisate lassen sich durch die
bekannten Antioxydantien, wie z. B. 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, 2,2-Dihydroxy-3,3'-di-tert.-butyl-5.5'-dimethyl-diphenylmethan,
Pheny!-ß-naphthylamin stabilisieren.
Die Polymerisate können durch Zusatz von Nichtlösungsmitteln, z. B. niederen aliphatischen Alkoholen wie
Methanol, Äthanol, Isopropanol ausgefällt werden. Technisch bevorzugt wird die Isolierung des Polymeren
durch Eintragen der abgestoppten und stabilisierten Polymerlösung in heißes Wasser durchgeführt. Dabei
destilliert das Wasser-Lösungsmittel-Azeotrop ab. Das Polymerisat fällt in Krümelform an. Die wasserfeuchten
Kautschukkrümel könnten im Vakuumtrockenschrank auf einem Bandtrockner oder mit Hilfe der Schnecke
getrocknet werden.
Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Polymerisate sind wertvolle Synthesekautschuke. Sie
lassen sich mit bekannten, z. B. schwefelhaltigen Systemen zu Vulkanisaten mit hohen Festigkeiten, sehr
guter Elastizität und hervorragendem Abriebwiderstand vernetzen.
In einem Rührautoklav werden unter Ausschluß von Sauerstoff und Wasser 12 750 g Cyclohexan, 4250 g
Toluol, 1500 g Cyclopenten und 1,3 g Buten-1 vorgelegt.
Die Mischung hat einen Wassergehalt von 10 ppm.
Nach Abkühlen auf — !80C gibt man 3 mMol eines
Umsetzungsproduktes aus Woiframhexachlorid und Chloräthanol im Molverhältnis 1 :1,8 in Form eine;·
0,1 molaren Lösung in Toluol und anschließend 19,5 nMol Aluminiumdiäthylchlorid in Form einer Opmolaren
Lösung in Cyclohexan zu. Die Polymerisation beginnt sofort nach Zugabe der aluminiumorganischen
Verbindung. Nach einer Reaktionszeit von 60 Minuten gibt man weitere 1500 g Cyclopenten zu. Nach weiteren
2 Stunden beträgt der Umsatz 81 %.
Der metallorganische Mischkatalysator wird durch Zugabe von 20 g Äthanol desaktiviert. Man setzt 15 g
2,2'-Dihydroxy-3,3'-di-tert.-butyl-5,5'-dimethyldiphenylmethan
als Stabilisator zu, fällt das Polymerisat durch Zugabe von Äthanol aus und trocknet im Vakuum bei
50° C bis zur Gewichtskonstanz.
Das Polymerisat hat einen Anteil an 80,2% transDoppelbindungen. Die Viskositätszahl (^Toluol, 25°C
ist 2,37 dl/g.
Vergleichsversuch
Bei Zusatz der gesamten Monomermenge von 3000 g zu Beginn der Polymerisation und bei Verwendung von
4,5 mMol Wolframverbindung und 29,2 mMol Aluminiumverbindung (das sind 50% mehr als im Beispiel)
erhält man unter im übrigen gleichen Versuchsbedingungen ein trans-Polypentenamer in 80%iger Ausbeute
mit einer Viskositätszahl (η) Toluol, 25° C = 2,44 der trans-Doppelbindungsanteil ist 79,2%.
Im Vergleichsversuch mußte der Rührer infolge zu hoher Viskosität nach 10 Minuten Poiymerisationszeit
stillgesetzt werden und konnte erst nach 30 Minuten wieder in Betrieb genommen werden.
Bei der Polymerisation nach Beispiel blieb die Polymerlösung während der gesamten Reaktionszeit
gut rührbar.
Claims (2)
1. Verbessertes Verfahren zur ringöffnenden Polymerisation von Cydoulefinen in Lösung in
einem inerten organischen Lösungsmittel mit hochaktiven metallorganischen Mischkatalysatoren, d a durch
gekennzeichnet, daß man die Polymerisation in einer Lösung des Cycloolefins, die
30 — 70 Gew.-% der gesamten zu polymerisierenden Cycloolefinmenge enthält, startet und im Lauf der
Polymerisation den Rest der zu polymerisierenden Cycloolefinmenge zufügt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest der zu polymerisierenden
Cycloolefinmenge 30—90 Minuten nach Beginn der Polymerisation zugegeben wird.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BE794367D BE794367A (fr) | 1972-01-25 | Procede pour la preparation de trans- polyalcenameres | |
DE19722203303 DE2203303C3 (de) | 1972-01-25 | Verbessertes Verfahren zur Herstellung von Polyalkenameren | |
IT4783473A IT977007B (it) | 1972-01-25 | 1973-01-23 | Procedimento per la preparazione di trans polialchenameri e poli meri cosi ottenuti |
CA161,865A CA1019097A (en) | 1972-01-25 | 1973-01-23 | Process for the preparation of trans-polyalkenamers |
JP922073A JPS4887000A (de) | 1972-01-25 | 1973-01-23 | |
GB357173A GB1368732A (en) | 1972-01-25 | 1973-01-24 | Trans-polyalkenamers |
NL7301104A NL7301104A (de) | 1972-01-25 | 1973-01-25 | |
FR7302664A FR2169267B1 (de) | 1972-01-25 | 1973-01-25 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722203303 DE2203303C3 (de) | 1972-01-25 | Verbessertes Verfahren zur Herstellung von Polyalkenameren |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2203303A1 DE2203303A1 (de) | 1973-08-02 |
DE2203303B2 DE2203303B2 (de) | 1977-05-05 |
DE2203303C3 true DE2203303C3 (de) | 1977-12-22 |
Family
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