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DE1128148B - Verfahren zur Herstellung von polymeren Alkylenoxyden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von polymeren Alkylenoxyden

Info

Publication number
DE1128148B
DE1128148B DEG28432A DEG0028432A DE1128148B DE 1128148 B DE1128148 B DE 1128148B DE G28432 A DEG28432 A DE G28432A DE G0028432 A DEG0028432 A DE G0028432A DE 1128148 B DE1128148 B DE 1128148B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
organometallic compound
oxygen
water
polymerization
alkylene oxides
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEG28432A
Other languages
English (en)
Inventor
Junji Furukawa
Takeo Sacgusa
Ryozo Sakata
Teiji Tsuruta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aerojet Rocketdyne Holdings Inc
Original Assignee
General Tire and Rubber Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Tire and Rubber Co filed Critical General Tire and Rubber Co
Publication of DE1128148B publication Critical patent/DE1128148B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G65/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
    • C08G65/02Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from cyclic ethers by opening of the heterocyclic ring
    • C08G65/04Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from cyclic ethers by opening of the heterocyclic ring from cyclic ethers only
    • C08G65/06Cyclic ethers having no atoms other than carbon and hydrogen outside the ring
    • C08G65/08Saturated oxiranes
    • C08G65/10Saturated oxiranes characterised by the catalysts used
    • C08G65/12Saturated oxiranes characterised by the catalysts used containing organo-metallic compounds or metal hydrides

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polyethers (AREA)

Description

INTERNAT. KL. C 08 g
DEUTSCHES
PATENTAMT
G28432IVd/39c
ANMELDETAG: 24. NOVEMBER 1959
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 19. APRIL 1962
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkylenoxydpolymeren mit hohem Polymerisationsgrad unter Verwendung einer Organometallverbindung als Katalysator, wobei erfindungsgemäß die Umsetzung in Gegenwart eines aliphatischen Alkohols oder von Sauerstoff oder Wasser vorgenommen wird. Das neue Verfahren ergibt bei milderen Polymerisationsbedingungen höhere Umsätze und Ausbeuten sowie neue Homopolymere und Mischpolymere von Alkylenoxyden, die durch hohe Molekulargewichte gekennzeichnet sind.
Als Katalysator werden 0,01 bis 100 Gewichtsprozent Organometallverbindungen der Formel
Me
verwendet, in der Me ein Metall der Valenz χ der Gruppen I, II, III des Periodischen Systems der Elemente, R einen Kohlenwasserstoffrest und R' Wasserstoff, Halogen, Kohlenwasserstoffrest und AIkoxygruppen darstellt. Es besteht keine bestimmte Grenze in der Menge der zu verwendenden Organometallverbindungen, aber im allgemeinen können sie in Mengen von etwa 0,01 bis 100 Molprozent des verwendeten monomeren Alkylenoxyds angewendet werden. Es können auch Gemische aus zwei oder mehreren Organometallverbindungen verwendet werden sowie der sogenannte »Ate-Komplex«, der, wie angenommen wird, aus zwei Organometallverbindungen besteht.
Erfindungsgemäß wird die Polymerisation in Gegenwart von 10 bis 100 Molprozent Sauerstoff, 50 bis 150 Molprozent Wasser oder 150 bis 250 Molprozent Alkohol, bezogen auf die Organometallverbindung, vorgenommen.
Polymerisationskatalysatoren für Alkylenoxyd und ebenfalls Verfahren für die Polymerisierung von Alkylenoxyden unter Verwendung einer Organometallverbindung allein oder zusammen mit bestimmten Metallhalogeniden als Mischkatalysatoren sind bekannt. Zum Beispiel ist in der britischen Patentschrift 785 229 und der USA.-Patentschrift 2 870 100 vorgeschlagen, die weitgehende Polymerisation von Äthylenoxyd und Propylenoxyd mit einer Organometallverbindung von Aluminium, Zink und Magnesium vorzunehmen. Andererseits ist in der britischen Patentschrift 793 065 angegeben, die Mischpolymerisation von zwei oder mehreren Alkylenoxyden mit der alleinigen Hilfe einer Organometallverbindung durchzuführen. Ein weiteres Beispiel einer Organometallverbindung mit einem bestimmten Mischkatalysator ist das Gemisch aus Triäthylalummium und Ferrichlorid (vgl. S. Kambara und M. Hatano, Journal Verfahren zur Herstellung
von polymeren Alkylenoxyden
Anmelder:
The General Tire & Rubber Company,
Akron, Ohio (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald, und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Tal 71,
Patentanwälte
Beanspruchte Priorität:
Japan vom 24. November 1958
(Nr. 33 458 und Nr. 33 459)
Junji Furukawa, Sakyo-Ku, Kyoto City,
Teiji Tsuruta, Fushimi-Ku, Kyoto City,
Takeo Saegusa, Kita-Ku, Kyoto City,
und Ryozo Sakata, Kakogawa City, Hyogo (Japan),
sind als Erfinder genannt worden
of Polymer Science, Bd. 27, S. 584 [1958]) sowie das System, das Trialkylaluminium und Natriumfluorid verwendet (vgl. britische Patentschrift 799 955).
Es kann also die Polymerisation von Alkylenoxyden durch eine Organometallverbindung allein bewirkt werden. Wenn jedoch die Organometallverbindungen erfindungsgemäß in Gegenwart von Sauerstoff oder der bezeichneten Sauerstoffverbindungen verwendet werden, ist die Wirksamkeit in bemerkenswerter Weise verstärkt, und darüber hinaus ist der Polymerisationsgrad des erzeugten Polymeren weit höher, als wenn die Organometallverbindung allein oder zusammen mit bekannten Mischkatalysatoren verwendet wird.
Es wird angenommen, daß das Wasser, der Alkohol oder der Sauerstoff mit der Organometallverbindung reagiert. Dementsprechend sollte bei ihrer Verwendung die Wirksamkeit der Organometallverbindung zerstört werden, was jedoch nicht der Fall ist. Bei ihrer erfindungsgemäßen Mitverwendung in optimaler Menge ist die Aktivität des Katalysators weit stärker, als wenn man die Organometallverbindung allein
209 560/537
verwendet. Zum Beispiel kann Diäthylzink allein bei Raumtemperatur nur mühsam Propylenoxyd polymerisieren; aber wenn man es zusammen mit einem Sauerstoffäquivalent bis 50 Molprozent oder einem Wasseräquivalent bis 100 Molprozent oder mit 200 Molprozent Methanol, bezogen auf Diäthylzink, verwendet, wird Propylenoxyd selbst bei Raumtemperatur leicht polymerisiert, und man erhält ein Polymeres mit einem sehr hohen Polymerisationsgrad.
Die Menge des Sauerstoffs oder seiner oben be- ίο
zeichneten Verbindungen soll sorgsam geregelt werden.
Die optimale Menge beträgt, wie oben angegeben,
etwa 10 bis 200 Molprozent Sauerstoff, angenähert
150 bis 200 Molprozent Alkohol und angenähert 10
bis 150 Molprozent Wasser, alles bezogen auf Di- 15 mit Stickstoff gespült, 0,3 g Diäthylzink (0,0025 Mol) äthylzink. Diese Mengen können in Abhängigkeit hinzugegeben, dann der Stickstoff innerhalb des von den Reaktionsbedingungen variieren. Proberöhrchens durch Luft ersetzt (30 ecm Sauerstoff
Beispiele der zu polymerisierenden Monomeren entsprechen etwa 50 Molprozent des Diäthylzinks), sind Alkylenoxyde wie Äthylenoxyd, Propylenoxyd, der Behälter mit einem weiteren leeren Behälter von Butadienmonoxyd und Oxyde anderer Olefine oder 20 etwa 110 ecm verbunden und schließlich das Gemisch deren Gemische. 5 Tage bei Raumtemperatur gehalten. Die Tabelle 1
Bei der Erfindung sind Lösungsmittel nicht immer zeigt die Ergebnisse, die bei 30 ecm Sauerstoff erhalten erforderlich, jedoch erleichtern sie die Reaktion. wurden, sowie weitere Ergebnisse ohne Sauerstoff-Beispiele geeigneter Lösungsmittel sind aliphatische zusatz und mit anderen Sauerstoffkonzentrationen Kohlenwasserstoffe wie Hexan und Heptan, aro- 25 unter gleichen Bedingungen, ferner die Ausbeuten an matische Kohlenwasserstoffe wie Benzol und Toluol Polymeren, die prozentuale Umwandlung und die
chen, Riemen und ähnlichen Verwendung finden können. Diese Stoffe können unter Verwendung bestimmter Peroxyde und Schwefel oder von Schwefel und ähnlichem vulkanisiert werden, falls sie ungesättigte Bindungen aufweisen. Für Verfahren zur Weiterverarbeitung der erfindungsgemäß hergestellten Polymeren wird jedoch hier kein Schutz beansprucht. Die nachstehenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
3,5 ecm Hexan und 3,5 ecm Propylenoxyd (0,05 Mol) werden in ein Proberohr von 45 ecm mit einem eingeschliffenen Pfropfen eingebracht, das Proberöhrchen
und andere organische Lösungsmittel wie Äther sowie andere, die gegenüber den Reaktionsteilnehmern, insbesondere den Organometallverbindungen, inert sind. Der Sauerstoff oder seine oben bezeichneten Verbindüngen und die Organometallverbindung werden miteinander vermischt und miteinander reagieren gelassen, bevor oder nachdem das Monomere hinzugefügt wurde.
Die Temperatur der Polymerisation kann in weitem Bereich variiert werden, z. B. zwischen —70 und 2000C. Es wird jedoch vorgezogen, die Polymerisation zwischen etwa 0 und 1000C durchzuführen. Bei Verwendung von Sauerstoff wird die gewünschte Menge Sauerstoffgas oder Luft in das Reaktionssystem eingeblasen, worauf man sie dann reagieren läßt. Dann wird das Alkylenoxyd hinzugegeben und polymerisieren gelassen. In einigen Fällen wird die Organometallverbindung mit dem Sauerstoff oder dessen bezeichneten Verbindungen in Gegenwart des monomeren Alkylenoxyds behandelt, d. h., die Poly- . merisation wird eingeleitet, wenn die erfindungsgemäßen Zusätze zum Gemisch des monomeren Alkylenoxyds und der Organometallverbindung in
Viskosität?? bei 300C in Benzol.
Tabelle 1
Polymerisation von Propylenoxyd mit Diäthylzink und Sauerstoff
Sauerstoff
Molprozent
Polymeres 0 Umsatz Viskosität
des Zn(C2Hu)3 g Spuren °/o V
0 0,173 0
10 1,232
30 0,336 6,0 1,2
50 0 42,5 2,5
150 11,6 1,8
über 150 0
Beispiel 2
3,5 ecm Hexan wurden in ein 45-ccm-Proberohr eingebracht, mit Stickstoff gespült und 3,2 g Methanol sowie 0,1 g Diäthylzink (0,0025 Mol) hinzugefügt, dem Lösungsmittel gegeben wird und dieses Reak- 50 Darauf wurde das Gemisch 18 Stunden bei Raumtionsgemisch einige Zeit aufrechterhalten wird. Nach temperatur gehalten, dann wurden 3,5 ecm Propylender Polymerisation wird das Polymere mit einem oxyd (0,05 Mol) zum Gemisch gegeben und die Polygeeigneten Lösungsmittel extrahiert, das hinreichend merisation während 7 Tagen bei Raumtemperatur Wasser oder Methanol enthält, um den Katalysator durchgeführt. Das Polypropylenoxyd wurde mit vollständig zu zerstören. Das Polymere wird dann mit 55 Benzol, das etwa 3 ecm Methanol enthielt, auseinem Nichtlösungsmittel ausgefällt. Das so erhaltene gezogen, und das Lösungsmittel wurde bei 50° C im Polymere kann im Vakuum bei Raumtemperatur Vakuum entfernt. Das Polymere wurde wieder in getrocknet werden. heißem Aceton gelöst, erneut mit Wasser gefällt und
Vom erzeugten Polymeren wird die Viskosität in im Vakuum bei 50° C bis zu konstantem Gewicht einer Benzollösung bei verschiedener Konzentration 60 getrocknet. Man erhielt 1,5 g weiße elastische Masse bei 30° C gemessen und die innere Viskosität η (dl/g) (Umwandlung 54%)> dessen innere Viskosität 1,40 durch Extrapolation erhalten. betrug.
Die Polymeren oder Mischpolymeren nach der Die Tabelle 2 zeigt das Ergebnis eines Versuchs, bei
vorliegenden Erfindung können als Verdickungs- dem alle Bedingungen genau die gleichen waren wie in mittel für Öle und Schmieröle verwendet werden und 65 dem obigen Beispiel 2, mit der Abweichung in der auch für die Herstellung von kautschukähnlichen Methanolmenge, die mit dem Diäthylzink vor der Verbindungen dienen, die bei der Herstellung von Zugabe von Propylenoxyd zur Reaktion gebracht Fahrzeugreifen, Dichtungsmassen, Rohren, Schlau- wurde.
Tabelle 2
Polymerisation von Propylenoxyd
mit Diäthylzink und Methanol
Methanol/Zn(C2H5)2 Ausbeute
Mol/Mol °/o
0,5 0
1,0 0
1,5 17,1
2,5 5,2
Beispiel 3
Es wurde als erfindungsgemäßer Zusatz Äthanol an Stelle von Methanol verwendet. Die Polymerisation wurde unter den gleichen Bedingungen wie oben im Beispiel 2 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3
Polymerisation von Propylenoxyd
mit Diäthylzink und Äthanol um es zu polymerisieren. Das Polymere wird in einer Ausbeute von 78 % und mit einer Viskosität in Äther von 5,4 bei 30°C erzeugt.
Die Tabelle 4 zeigt das Ergebnis dieses Beispiels sowie das Ergebnis der Polymerisation von Propylenoxyd, in dem Falle, daß man die gleichen Bedingungen beibehielt, wie in dem obigen Beispiel, mit der Abweichung von verschiedenen Mengen Wasser.
Tabelle 4
Polymerisation von Propylenoxyd mit Diäthylzink und Wasser
(3,5 ecm Propylenoxyd, 0,31 g Diäthylzink, 3,5 ecm Hexan bei Raumtemperatur während 24 Stunden)
Äthanol/Zn(C2H5)2 Ausbeute Innere Viskosität
Mol/Mol °/o η
0,5 0
1,0 5,8
1,5 15,3 1,20
2,0 0
2,5 0
20 0 Wasser Polymer 0 Um
wandlung
Viskosität
ecm 0,011 Molprozent
des
g Spuren °/o η
0,023 Zn(C2H5)2 0,31
0,046 2,27 0
25 0,090 0 0
0,140 25 0 10 2,3
50 78 5,4
100 0
200 0
300
Beispiel 4
Es wurde eine kleine Menge Polymeres erzeugt, indem man 0,31 g Diäthylzink (0,0025 Mol) zu 3,5 ecm Hexan unter einer Stickstofifatmosphäre in das gleiche Proberohr, wie oben im Beispiel 1, gab, dann den Stickstoff in dem Rohr durch Luft ersetzte, noch 2 Tage bei Raumtemperatur hielt und dann 3,5 ecm Äthylenoxyd hinzugab, die Luft in dem Proberohr wieder durch Stickstoff ersetzte und schließlich alles noch 50 Stunden bei Raumtemperatur hielt.
Beispiel 5
Es wurden 2,27 g nichtklebriges weißes Polymeres erzeugt, indem man 3,5 ecm Hexan und 3,5 ecm Propylenoxyd in das gleiche Proberohr, wie oben für Beispiel 1 verwendet, einbrachte, 0,0025 Mol Wasser hinzugab, die Luft in' dem Rohr durch Stickstoff ersetzte, 0,31 g Diäthylzink (0,0025 Mol) hinzugab und schließlich alles 24 Stunden bei Raumtemperatur hielt,

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Polymeren von einem oder mehreren Alkylenoxyden in Gegenwart von 0,01 bis 100 Gewichtsprozent einer Organometallverbindung der Formel
    (Me = Metall der Valenz χ der Gruppen I, H, III des Periodischen Systems der Elemente, R = Kohlenwasserstoffrest und R' = Wasserstoff, Halogen, Kohlenwasserstoffrest und Alkoxygruppe) als Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in Gegenwart eines einfachen aliphatischen Alkohols odei von Sauerstoff oder Wasser durchgeführt wird, wobei 10 bis 100 Molprozent Sauerstoff, 50 bis 150 Molprozent Wasser oder 150 bis 250 Molprozent Alkohol, bezogen auf die Organometallverbindung, angewendet werden.
  2. 2. Ausbildung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Organometallverbindung ein Zinkdialkyl verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Organometallverbindung Diäthylzink in Verbindung mit Wasser verwendet wird.
    © 209 560/537 4.62
DEG28432A 1958-11-24 1959-11-24 Verfahren zur Herstellung von polymeren Alkylenoxyden Pending DE1128148B (de)

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