DE2247470A1 - Verfahren zur herstellung von mischpolymerisaten aus butadien und styrol - Google Patents
Verfahren zur herstellung von mischpolymerisaten aus butadien und styrolInfo
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Description
27. September 1972
1. ¥alentin Pawlowitsch Shatalow,Chemiker,
■ UdSSR,Woronesh,uliza Gerojew Stratosfery,1,kw.4;
2. Jakow Moise,jewitsch Rosinoer,Chemiker,.
UdSSR,.V/oronesh,prospekt Leninskij,13,kw.112;
■J5. Georgia Mi cha j 1 ©witsch Sinaiski3,Ing.,
UdSSR,Leningrad,uliza Bukarestska^Ja, 96,kw.36;
4. Maia Wasiljewna Bulgakowa,Chemikerin,
UdSSR,Wladimir,uliza Stroitelej,12,kw.6;
betreffend
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG' VON MISCHPOLYMERISATEN ■AUS BUTADIEN UND STYROL
Priorität vom 27. 9. 1971 UdSSR ITr. 1699241
Die Erfindung bezieht sich auf ■ Verfahren zwo Herstellung
von Mischpolymerisaten aus Butadien und Styrol.
Die genannten Kaut schulte werden in der Produktion von Reifen, besonders in den Keifenprotektoren, von technischen
GumEiierZeugnissen, G-uiaraischuhzeugen, elektrischen
Kabelerzeugnissen verv/endet.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Llischpolymerisaten
aus Butadien und Styrol durch Kopolymerisation
von Divinyl und Styrol in organischen Lösungsmitteln bekannt,.
wo der Kopolymerisationsinitiator eine lithiumorganische Verbindung vom Typ R/Li/X ist, worin. 2*1-4 und R - ein
aliphatisches, aromatisches oder Naphthen-Kohlenwasserstoffrest
bedeutet, bei einer geringerer Geschwindigkeit der- Zugabe des ilonomereno'emisches als die Geschwindigkeit
des Kettenwachstums .des Polymeren (siehe britische Patentschrift ITr. 903351). !fach diesem Verfahren werden Polymere
erhalten, welche höchstens 2κ Block-Polystyrol enthalten.
ύ
. BAD0RIG1NAL
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Gumiaimischungen, die auf Grund des genannten Polymeren nach
diesem Verfahren erhalten wurden, niedrige Festigkeitseigenschaften
haben; infolgedessen kommt es zur Deformation der Erzeugnisse vor der Vulkanisierung.
Außerdem ist die Leistungsfähigkeit der Autoklaven wegen
der genannten Geschwindigkeit der Zugabe des Honoaerengemisches
in die Reaktionszone verhältnismäßig niedrig.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung
der genannten Nachteile·
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, die Bedingungen
der Kopolymerisation im Verfahren zur Herstellung von Mischpolymerisaten aus Butadien und Styrol zu ändern,
welches in der Kopolymerisation von Divinyl und Styrol in organischen Lösungsmitteln in Gegenwart einer lithiumorganischen
Verbindung als Kopolymerisationsinitiator besteht.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß als Polymerisationsinitiatoren polymere dilithiumorganische
Verbindungen bei einer Geschwindigkeit der Zugabe des
iMonomerengemisches in die lieakt ions zone verwendet werden,
die der Geschwindigkeit des V/achstums der Polymerenkette gleich ist oder diese übertrifft, ils wird empfohlen, polymere
dilithiumorganische Verbindungen vom Molekulargewicht
von mindestens 700 zu verwenden.
Die Verwendung der genannten polymeren dilithiuEiorganischen
Verbindungen als Initiatoren ergibt 2 Effekte: die
BAD ORIGINAL
InitiierunfjSdauer ist so gering, daß d.ie Reaktion der
Kopolymerisation von Divirsyl und Styrol praktisch momenjben
beginnt, infolgedessen wird die Prozeßdauer geringer
und die molekulare Gewichtsverteilung im Polymeren enger,
die Polymerisationsbedingungen werden besser, weil die
genannten Initiatoren .in organischen Lösungsmitteln gut löslich sind. Als Initiator wird Dilithiuinpolydiyinyl verwendet.
·
Der Reaktionsmechanismus ist folgender:
Da die Geschwindigkeit des Eintritts von Divinyl in das Kopolymer die Geschwindigkeit des Eintritts
von Styrol in das Kopolymer übertrifft, kann . das ganze in die Reaktion zugegebene Styrol in die Reaktio:
vor dem Eintritt einer neuen Portion des Llonomerengemische;
nicht eintreten; deswegen wird es angesammelt.
Die Erhöhung des Styrolgeii&Lts im Reaktionsgemisch
führt zur Erhöhung seiner Eintrittsgeschwindigkeit in das
Polymer, wodurch der Styrolgehalt im Polymeren allmählich höher wird.
Die Styrolglieder beginnen zwischen den Divinylmole- külen
in der Kette nicht nach 8-10 Gliedern des letzteren, wie am Anfang des Prozesses, sondern nach 6-5 zu erscheinen.
iTach dem.Abbruch der iMononerenzugabe wird die Kopolymerisation
beendet und das in der Lösung verbliebene
309816/103 7
Styrol schließt sich an die Enden der monomeren Kette an.
Deswegen verteilt sich das Styrol in der polymeren Kette, wegen der verschiedenen
Geschwindigkeiten des Divinyl- und Styrole int r it ts
ins Kopolymeres und wegen der Änderung x der Geschwindigkeit
der Monomerenzugabe ungleichmäßig und auf solche
Weise, daß es im Zentrum des Moleküls wenig Styrol gibt und bei der Annährung an die beiden Kettenenden seine
Menge wächst und die Ketten mit Styrolblöcken enden,
die 2-6% zum Gewicht des Polymeren oder 8-24% zum Gesamtgehalt
des Polymeren an Styrol betragen·
Dieser .Verfahrensablauf wird durch die Erhöhung
des Styrolgehalts am Ende der Polymerisation bestätigt,
wie es aus der graphischen Darstellung ersichtlich ist (Pig.I). Auf dem Diagramm ist auf der Ordinatenachse
der Gehalt des Polymeren an Styrol (in Gew.%) und auf der Abszissenachse - der Umwandlungsgrad der Monomeren gezeigt.
Die Kurve I entspricht der Geschwindigkeit der Zugabe
des Monomerengemisches mit dem Lösungsmittel u.z. 740
ml/St., was seinerseits dem Übertreffen der Geschwindigkeit der Monomerenzugabe ungefähr um öfo im Vergleich zur
Geschwindigkeit des Kettenwachstums der Polymeren entspricht.
Für die Kurve II entsprechend.:: die Geschwindigkeit - 650 ml/St, das Übertreffen ungefähr um .796. Für die
Kurve II entsprechend.: die Geschwindigkeit - 425 ml/St, das Übertreffen
3 0 9 816/1037
ungefähr um 5%. Außerdem wird der Mechanismus des Prozesses
auch durch Analysen des Gehalts an Block-Polystyrol bestätigt, die vor der Umwandlung von mindestens 9Q% negative
Resultate ergeben.
Der Styrolgehalt im Kopolymerblock ist der Geschwindikeit
der Monomerenzugabe in die Reaktionszone direkt
proportional.
Um ein Block-Polystyrol im Polymeren in einer Menge zu erhalten, die zum Verleihen einer "notwendigen Festig-,
keitder rohen Gummimischung notwendig ist, ist es zweckmäßig,
das Monomer engemisch mit einer Geschwindigkeit zuzugeben,
welche die Geschwindigkeit des Wachstums der PoIymerenkette
um 5-10% übertrifft.
Es wurde eine direkte Abhängigkeit zwischen der Schonung
der Festigkeit von rohen Guramimischungen und eiern Gehalt an Block-Polystyrol im .Polymeren festgestellt und
•gleichzeitig bewiesen, daß Polymere, welche einen Styrolblock
nur an einem Kettenende haben, eine bedeutend geringere Festigkeit besitzen.
In der Tabelle I werden Angaben über die Festigkeit der Gummimischungen vom Naturkautschuk und synthetischen
Kautschuken angeführt. Alle Ergebnisse wurden an einer und
derselben Ausrüstung und unter gleichen Bedingungen erhalten.
309816/JÖ37.
- 6 | - | 25 | Sty- | - | Blocken menge |
2247470 Tabelle I. |
Festig | |
Polymerse | im Block |
0 | Geschwindig | keit dei rohen Gummi- mischung |
||||
Kautschukentyp | halt an rol |
0 | 0 | keit der Zu gabe des Ge misches in die Reaktion ml/St. |
7,5 | |||
Gesamt gehalt |
25 | 0 | 60 | - | 4,0 | |||
Naturkautschuk | 0 | - | ||||||
Butadienkautschuk O | 25 | 4,7 | ||||||
Emulsions- | 25 | 3,5 | -' | |||||
mischpolymeri | 25 | 2,6 | 5,7 | |||||
25 | 2,2 | - | ||||||
I | ||||||||
sat aus Butadien | 4,0 | |||||||
und Styrol | 2 | |||||||
Tafden-20C0 | 2 | 7,7 | ||||||
Firma "Asahi | 2 | 740 | 7,5 | |||||
Japan | 2 | 650 | 5,8 | |||||
Versuchsmuster | 500 | 5,5 | ||||||
N I | 425 | |||||||
N 2 | ||||||||
N 3 | ||||||||
N 4 |
Bei der Erhöhung des Gehalts an Block-Polygtyrol über
kommt es zur Senkung der physikalisch-mechanischen Kennziffern
der Yulkanisate der Reißfestigkeit, der bezogenen
309816/J037
Pehnung usw.
In der Tabelle 2 sind Angaben über die Abhängigkeit der Eigenschaften der Schwefelvulkanisate vom Block-Polystyrolgehalt
im Polymeren beim Gesamtgehalt an Styrol im letzteren von 25% angeführt.
USA
Tafden
2000 Firma ' "As a hi
JapaJ1
Ver suchsmust er
Bl ο ck menge I
Gehalt an
Bio ck-Poly styrol, (Gew. %) 10
Modul bei 300%,
kp/cm2 112
Bio ck-Poly styrol, (Gew. %) 10
Modul bei 300%,
kp/cm2 112
Zerre ißfest igke it
bei 200C, kp/cm2 175
bei 200C, kp/cm2 175
bezogene Dehunung,
bleibende Dehnung, %
Rückprallelastizität, %
Rückprallelastizität, %
Härte,%
Einfriertemperatur, 0C
410 14
51 80
6,0
110 220
500 12
35 72
82 108
275
3,5
2,6 2,2
106 109
286 278
630 | .620 | 673 | 645 |
17 | 15 | 19 | 16 |
57 | 58 | 60 | 59 |
69 | 66 | 67 | 67 |
72
309 8 1 6/J037
Aus dem Vergleich der Angaben der Tabellen 1-2 geht hervor, daß für Divinyl- und Styrolkopolymer der beste
Eigenschaftenkomplex sowohl der Festigkeit der rohen
Guminimischungen nach als auch den Festigkeitskennziffern
von Vulkanisaten nach im Bereich des Polymergehalts an
Block-Polystyrol von 2-3% liegt und daß die Festigkeit
der rohen Guinniimischlingen im optimalen Fall der Festigkeit
des Naturkautschuks nah ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann periodisch
und kontinuierlich verwirklicht werden, dabei entsteht der Effekt der Festigkeitserhöhung der rohenGummimischung
sowohl in dem einen als auch im anderen Fall.
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden folgende konkrete Beispiele angeführt.
Ein Autoklav von 6 1 Inhalt aus nichtrostendem Staiii,
der mit einem Heiz- und Kühlmantel, Rührwerk, Monoineter,
Thermomenter, Rohrstutzen für Zugabe eines inerten Gases
von Komponenten des Polymerisationsgemisches, für Ausbringen des Polymerisats versehen ist, wird bis zum
Restdruck von höchstens I Torr ausgepumpt, während einer Stunde auf eine Temperatur von etwa 10O0C erwärmt, in
den Autoklaven wird der Stickstoff bis zur vollen Entfernung
des Sauerstoffs aus dem System eingeführt. Dieser
3098 16/1037
Vorgang wird 2-5 Mal wiederholt. Nachher kühlt man den
Autoklaven bis zur Zimmertemperatur ab und "bringt I Liter
Toluol und 16 ml 0,4 n-Dilithiunpolydivinyllösung vom
Molekulargewicht 1000 ein.
Man bringt die Temperatur des Gemisches auf 60-65 G unter kontinuierlichem Rühren mit einer Geschwindigkeit
von 60-65 Um/min, nachher, gibt man kontinuierlich das Gemisch"
der Reagenzien, welches aas 2900 ml Toluol, 760 ml Divinyl und I70 ml Styrol besteht, wahrend 5 Stunden mit
einer Geschwindigkeit von 740 ml/St zu, was dem-Übertreffen
der Geschwindigkeit der Monomerenzugabe im Vergleich
zur Geschwindigkeit des Wachstums der Polymerenkette ungefähr
um Q% entspricht. Nach dem Abbrechen der Zugabe dex»
Reagenzien erhöht man die Temperatur im Autoklaven auf S
70-75 C, -und. rührt das erhaltene Polymerisat während einer
Stunde zur Erzielung einer lOOjSigen Monomerenumwandlung.
Man isoliert das erhaltene Polymere aus der Lösung mit Äthanol, die 0,1-0,2% Ionol enthält. Das isolierte
Polymere trocknet man bei einer Temperatur von 80-900C
und führt darin ungefähr 1% Stabilisator, z.B. Ionol ein.
Die Ausbeute an Polymer em; 573 S
Der Gesamtgehalt des Polymeren an Styrol r 25,1% Der Gehalt des Polymeren an Block-Styrol Z 4,7%
Defoehärte = 680 g
Die Festigkeit der rohen Gummimischung= 7,7 kp/cm^.
309816/J037
Bei der Polymerisation werden die Proben zur Bestimmung
der Monomer enuinw and lung und der Verteilung des Styrols
im Polymeren periodisch entnommen·
Der Gesamtgehalt an Styrol wurde refradiometrisch,
und der Gehalt an Block-Styrol - nach der Methode von KaIdhof
(Oxydation des Polymeren in Gegenwart der Osmiumsäure) bestimmt.
. Die Kopolymerisation von Divinyl und Styrol wird unter den im Beispiel I beschriebenen Bedingungen
durchgeführt mit der Ausnahme, daß die Zugabe der Reagenzien mit einer Geschwindigkeit von etwa 650 ml/St
erfolgt, was dem Übertreffen der Geschwindigkeit der Zugabe des Monoiaerengemisches im Vergleich
zur Geschwindigkeit des Wachstums der Polymerenkette
ungefähr um 7% entspricht.
Die Ausbeute an Polymerem - 582 g
Der Gesadtgehalt des Polymeren an Styrol s 24,8Ju
Der Gehalt des Polymeren an Block-Styrol = 3,5%
Defoehärte -700 g
Die Festigkeit der rohen Gunuaimischung "=- 7i3 kp/cm
Der Kopolymerisation von Divinyl und Styrol wird unter den im Beispiel I beschriebenen Bedin-
309816/10^7
- li -
gungen diii'chgeführt mit der Ausnahme, daß die .Zugabe der
Reagenzien mit einer Geschwindigkeit von 500 ml/St erfolgt,
was dem Übertreffen der Geschwindigkeit
der Zugabe des Monomerengemisch.es im "Vergleich zur Geschwindigkeit
des Wachstums der Polymerenkette ungefähr um 5»5% entspricht.
Die Ausbeute an. Polymerem - 576 g
Der Gesamtgehalt des Polymeren an Styrol - 24,6>S
Der Gehalt des Polymeren an Block-Styrol - 2,6% ; Defoehärte ~ 650 g
Die Festigkeit der rohen Gumiaimischung - 5»8 kp/cm ,
Die Kopolymerisation von Divinyl und
Styrol wird unter den im Beispiel I beschriebenen Bedingungen durchgeführt mit der Ausnahme, daß die Zugabe
der Reagenzien-mit einer Geschwindigkeit von 425 ml/St
erfolgt, was dem Übertreffen der Geschwindigkeit der Zugabe des Lionomerengemisches im Vergleich zur
Geschwindigkeit des Wachstums der Polymerenkette ungefähr um 5% entspricht.
Die Ausbeute an Polymerem - 573 g
Der Ge samt gehalt des Polymeren an Styrol Der Gehalt des Polymeren an Block-Styrol Defoehärte
~ 665 g
Die Festigkeit der rohen Guttut)!mischung - 5,3 kp/cm2.
3098 16/J0 3 7
Der Kopolymerisation von Divinyl und Styrol
wird kontinuierlich durchgeführt, wozu man eineAnlage montiert,
welche aus 2 Autoklaven besteht, die hintereinandergeschaltet
sind und dem Bau nach dem im -Beispiel I beschriebenen Autoklaven analog sind, mit der Ausnahme, daß
der erste Autoklav durch Dosierpumpen mit Meßgefäßen für
die Aufbewahrung der Reagenzien und der Initiatorlösung und der zweite - mit den Behältern für die Polymerenlösung verbunden
ist.
' Die Kopolymerisation wird unter den im
Beispiel I für jeden Autoklaven beschriebenen Bedingungen
durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Zugabe der .Reagenzien in den ersten Autoklaven mit einer Geschwindigkeit
von 600 ml/St erfolgt, was dem Übertreffen der
Geschwindigkeit der Zugabe der Monomeren im "Vergleich zur
Geschwindigkeit des Wachstums der Polymerenkette ungefähr
um 6,5% entspricht. -Die O,In-DiIithiumpolydivinyllösung
in Toluol wird, in einer Menge von 7,5-8ml/St in den gerianxten
Autoklaven durch das Meßgefäß kontinuierlich zugegeben
Wahrend der ersten 10 Stunden beträgt die Monomerenumwandlung
im ersten Autoklaven 100%. Nach 10 Stunden gelangt das Polymerisat in den zweiten Autoklaven, wo die
Nachpolymerisation der in die Reaktion nicht eingetretenen Monomeren vor sich geht. Die Umwandlung der Monomeren im
309816/1037
ersten Autoklaven bei der Einstellung 3er Bedingung beträgt 95-98%.
Die Entnahme des Polymeren wird aus dem zweiten Autoklaven
in die Behälter kontinuierlich durchgeführt. ;In den ersten Autoklaven wird das Gemisch der Reagenzien
kontinuierlich zugegeben, was die' Kontinuierlichkeit des
Prozesses sichert. .
Die Isolierung des Polymeren aus der Lösung urid dessen Stabilisierung werden analog dem Beispiel I durchgeführt
.
Der Gesamtgehalt des Polymeren an Styrol - 24,6^5
Der Gehalt des Polymeren an Block-Styrcl "*· 2,9%
Defoehärte =· 710 g
Die Festigkeit der rohen Gummimischung = 5,2 kp/cin2.
3 09816/J03 7
Claims (4)
- PATENTANSPRÜCHE:Γ ]). Verfahren zur Herstellung von Mischpolymerisaten aus Butadien und Styrol durch Kopolymerisation von Divinyl und Styrol in organischen Lösungsmitteln in Gegenwart von lithiumorganischen Verbindungen als Initiatorar der Polymerisation, dadurch gekennzeichnet, daß man als Initiator polymere dilithiumorganische Verbindungen bei einer Geschwindigkeit der Zugabe des Monomerengemisches in die Reaktionszone verwendet werden,j die "der Geschwindigkeit des Wachstums der Polymerenketfce gleich ist oder diese übertrifft.
- 2. Verfahren nac"n Anspruch I,daduron ge~ kennze i chnet, daß man eine polymere lithiumorganische Verbindung verwendet, die ein Molekulargewicht von mindestens 700 hat.
- $. Verfahren nach Anspruch I bis 2, da d u r c h gekennze i ohne t, daß n*an als Initiator der Polymerisation Dilithiumpolydivinyl verwendet.
- 4. Verfahren nach Anspruch I bis }, d a d tt r c h gekennzeichnet, daß man die Geschwindigkeit der Zugabe des Monoinerensemisches in die Reaktionszone so einstellt, daß sie die Geschwindigkeit dee Wachstums der Polymerenkette um 5-1096 übertrifft.309816/J037
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