DE19801101A1 - Production of random and block copolymers suitable for making fibers, films and moldings - Google Patents
Production of random and block copolymers suitable for making fibers, films and moldingsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stati stischen Copolymeren aus anionisch polymerisierbaren Monomeren S und B durch anionische Polymerisation mit einem Polymerisationsi nitiator I, sowie die dadurch erhältlichen Copolymeren.The invention relates to a method for producing stati copolymers of anionically polymerizable monomers S and B by anionic polymerization with a polymerization i initiator I, and the copolymers obtainable thereby.
Die anionische Polymerisation von vinylaromatischen Monomeren wie Styrol und Dienen wie Butadien liefert in der Regel Block copolymere. Dies liegt an den unterschiedlichen relativen Polyme risationsgeschwindigkeiten der verwendeten Monomeren.The anionic polymerization of vinyl aromatic monomers such as Styrene and dienes such as butadiene are usually supplied in blocks copolymers. This is due to the different relative polymers Rises rates of the monomers used.
Häufig sind jedoch statistische Copolymere oder Blockcopolymere mit statistischen Copolymerblöcken aus vinylaromatischen Monome ren und Dienen aufgrund ihrer von den Blockcopolymeren unter schiedlichen Eigenschaften, wie Glastemperatur und mechanischem Verhalten gewünscht.However, statistical copolymers or block copolymers are common with random copolymer blocks of vinyl aromatic monomers Ren and serve because of their from the block copolymers different properties, such as glass temperature and mechanical Behavior desired.
Durch Zugabe von polaren Lösungsmitteln wie Ethern gelingt es, die Copolymerisationsparameter und Polymerisationsgeschwindigkei ten so zu beeinflussen, daß Copolymere mit statistischer Ver teilung der Comonomereinheiten entlang der Polymerkette erhalten werden können. Die Menge an polaren Lösungsmitteln, die hierfür nötig ist, führt jedoch in der Regel zu Copolymeren mit deutlich höherem Vinylgehalt.By adding polar solvents such as ethers, the copolymerization parameters and polymerization rate to influence so that copolymers with statistical Ver division of the comonomer units obtained along the polymer chain can be. The amount of polar solvents used for this is necessary, however, usually leads to copolymers with clearly higher vinyl content.
Es wurden daher verschiedene Verfahren mit unterschiedlichen Do sierungen der Monomeren vorgeschlagen, bei denen der statistische Monomereinbau über die jeweiligen Konzentrationsverhältnisse wäh rend der Reaktion bewirkt wird. Die GB-A 903 331 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von statistischen Styrol-Butadien-Copo lymeren mit niedrigem Vinylgehalt, bei dem die Comonomeren der Polymerisationslösung so langsam zugegeben werden, daß unter den jeweiligen Polymeristionsbedingungen vollständige Umsetzung der Comonomeren während der Zugabe erfolgt. Die Raumzeitausbeute ist bei diesem Verfahren jedoch niedrig.Different procedures with different Do. Sations of the monomers proposed, in which the statistical Monomer installation over the respective concentration ratios rend the reaction is effected. GB-A 903 331 describes a Process for the preparation of statistical styrene-butadiene copo low vinyl content polymers in which the comonomers of the Polymerization solution are added so slowly that under the respective polymerization conditions complete implementation of Comonomers takes place during the addition. The space-time yield is however, this method is low.
Nach dem Verfahren nach DE-A 21 17 995 werden die Comonomeren mit konstanter Geschwindigkeit zudosiert, wobei das vorgewählte Monomerenverhältnis des Zulaufs verschieden vom Monomerenver hältnis der Vorlage ist. Auf diese Weise soll es möglich sein, die Konzentration von jedem Monomer während der Reaktion konstant zu halten.According to the process according to DE-A 21 17 995, the comonomers are added metered in at constant speed, the preselected Monomer ratio of the feed different from the monomer ver ratio of the template is. In this way it should be possible the concentration of each monomer constant during the reaction to keep.
Die GB-A 994 726 lehrt ein Verfahren, bei dem die Gesamtmenge des vinylaromatischen Monomeren und der für die gewünschte Copolymer- Zusammensetzung notwendige Anteil an Dienmonomer vorgelegt wird. Das schneller polymerisierende Butadien wird so zudosiert, daß das anfänglich gewählte Monomerverhältnis während der Polymeri sation konstant gehalten wird. Das Verfahren setzt eine kontinu ierliche oder zumindest regelmäßige Probennahme und Analyse zur Bestimmung der jeweiligen Styrolkonzentration voraus.GB-A 994 726 teaches a method in which the total amount of vinyl aromatic monomers and those for the desired copolymer Composition necessary proportion of diene monomer is presented. The faster polymerizing butadiene is added in such a way that the initially selected monomer ratio during the polymerisation sation is kept constant. The process continues Regular or at least regular sampling and analysis for Determine the respective styrene concentration beforehand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von statistischen Copolymeren aus Monomeren S und B bereitzustellen. Insbesondere sollte das Verfahren zur Herstellung statistischer Styrol-Buta dien-Copolymeren mit niedrigem Vinylgehalt geeignet sein und auf eine aufwendige Prozeßanalytik verzichtet werden können.The object of the present invention was to provide a simple and economic process for the production of statistical To provide copolymers of monomers S and B. In particular should be the process of producing statistical styrene buta dien copolymers with a low vinyl content and be suitable complex process analysis can be dispensed with.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von statistischen
Copolymeren aus anionisch polymerisierbaren Monomeren S und B
durch anionische Polymerisation mit einem Polymerisationsinitia
tor I gefunden, wobei man
Accordingly, a process for the preparation of statistical copolymers from anionically polymerizable monomers S and B by anionic polymerization using a polymerization initiator I was found,
-
a) eine Mischung, enthaltend die Monomeren S und B in den An
fangskonzentrationen [S]0 und [B]0 herstellt, wobei sich die
Konzentration [B]0 des Monomeren B in der Mischung nach Glei
chung 1 berechnet:
mit
s gewünschter Anteil der Monomeren S im Copolymeren in Molprozent,
b gewünschter Anteil der Monomeren B im Copolymeren in Molprozent,
kBB Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren B an die wachsende Polymerkette PBI mit einem Monomeren B als zuletzt angelagertem Monomer,
kSS Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren S an die wachsende Polymerkette PSI mit einem Monomeren S als zuletzt angelagertem Monomer,
kSB Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren B an die wachsende Polymerkette PSI mit einem Monomeren S als zuletzt angelagertem Monomer,
kBS Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren S an die wachsende Polymerkette PBI mit einem Monomeren B als zuletzt angelagertem Monomer,
b) die Copolymerisation initiiert durch in Kontaktbringen der Mischung aus a) mit dem Polymerisationsinitator I oder einer wachsenden Polymerkette PBI oder PSI,
c) und während der Copolymerisation die verbleibende Menge des Monomeren B mit der Zulaufgeschwindigkeit rz zudosiert, wobei sich die Zulaufgeschwindigkeit rz zur Zeit t durch iteratives Lösen der Differentialgleichungen (2) bis (6)
mit
V Volumen der Polymerisationsmischung zum jeweiligen Zeitpunkt und
[B]z Konzentration des Monomeren B im Zulauf
ρs, ρB Dichte des Monomeren S und B
ρp Dichte des Copolymeren
Ms, MB Molmasse der Monomeren S und B
S, B Stoffmenge der Monomeren S und B
unter der Bedingung (7)
ergibt.a) produces a mixture containing the monomers S and B in the initial concentrations [S] 0 and [B] 0 , the concentration [B] 0 of the monomer B in the mixture being calculated according to equation 1:
With
s desired proportion of the monomers S in the copolymer in mole percent,
b desired proportion of the monomers B in the copolymer in mole percent,
k BB reaction rate constant of the addition of a monomer B to the growing polymer chain PBI with a monomer B as the last added monomer,
k SS reaction rate constant of the addition of a monomer S to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last added monomer,
k SB reaction rate constant of the addition of a monomer B to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last added monomer,
k BS reaction rate constant of the addition of a monomer S to the growing polymer chain PBI with a monomer B as the last added monomer,
b) the copolymerization is initiated by bringing the mixture of a) into contact with the polymerization initiator I or a growing polymer chain PBI or PSI,
c) during copolymerization and the remaining amount of the monomer B with the feed rate r z been added, with the feed rate r z at time t by iteratively solving the differential equations (2) to (6)
With
V volume of the polymerization mixture at the respective time and
[B] z concentration of monomer B in the feed
ρ s , ρ B density of the monomers S and B
ρ p density of the copolymer
M s , M B molar mass of the monomers S and B
S, B Amount of substance of the monomers S and B
on condition (7)
results.
Unter dem Begriff statistische Copolymere werden Copolymere oder Copolymerblöcke verstanden, bei denen die Comonomeren ent sprechend ihrem relativen Anteil in Molprozent in weitgehend sta tistischer Abfolge in das Polymer eingebaut sind.The term statistical copolymers are copolymers or Understood copolymer blocks in which the comonomers ent speaking their relative proportion in mole percent in largely sta tistic sequence are built into the polymer.
Das Verfahren kann auf alle anionisch polymerisierbaren Monome ren, bevorzugt solche mit einer Vinylgruppe, wie Vinylaromaten, Diene, Acrylate, Methacrylate, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamide und Methacrylamide angewendet werden.The method can be applied to all anionically polymerizable monomers ren, preferably those with a vinyl group, such as vinyl aromatics, Dienes, acrylates, methacrylates, acrylonitrile, methacrylonitrile, Acrylamides and methacrylamides can be used.
Das Verfahren eignet sich besonders zur Copolymeristion von Mono meren S und B, die in der Mischung dazu neigen Homopolymere bzw. Homopolymerblöcke zu bilden, d. h. bei denen eines der Monomeren in der Mischung deutlich langsamer abreagiert. Als Monomer S wird das Monomer bezeichnet, welches in der Mischung langsamer abre agiert.The process is particularly suitable for the copolymerization of mono mers S and B, which tend to be homopolymers or To form homopolymer blocks, d. H. where one of the monomers reacted much more slowly in the mixture. As monomer S is refers to the monomer which slows down more slowly in the mixture acts.
Bevorzugt werden vinylaromatische Monomere als Monomere S und Diene als Monomere B eingesetzt.Vinyl aromatic monomers are preferred as monomers S and Used as monomers B.
Als vinylaromatische Monomere können Styrol und dessen in α-Stel lung oder am aromatischen Ring mit 1 bis 4 C-Atomen substituierte Derivate, beispielsweise α-Methylstyrol, p-Methylstyrol, Ethyl styrol, tert.-Butylstyrol, Vinyltoluol eingesetzt werden. Beson ders bevorzugt wird Styrol verwendet werden.As vinyl aromatic monomers, styrene and its α-stel lung or substituted on the aromatic ring with 1 to 4 carbon atoms Derivatives, for example α-methylstyrene, p-methylstyrene, ethyl styrene, tert-butyl styrene, vinyl toluene can be used. Especially styrene is preferably used.
Als Diene eignen sich grundsätzlich alle Diene, bevorzugt werden jedoch solche mit konjugierten Doppelbindungen wie 1,3-Butadien, Isopren, 2,3-Dimethylbutadien, 1,3-Pentadien, 1,3-Hexadiene, Phenylbutadien, Piperylen oder deren Mischungen verwendet. Beson ders bevorzugt wird 1,3-Butadien eingesetzt.Basically, all dienes are suitable, are preferred but those with conjugated double bonds such as 1,3-butadiene, Isoprene, 2,3-dimethylbutadiene, 1,3-pentadiene, 1,3-hexadienes, Phenylbutadiene, piperylene or mixtures thereof are used. Especially 1,3-butadiene is preferably used.
Als Polymerisationsinitiator I können alle üblichen Initiatoren eingesetzt werden, die die anionische Polymerisation auslösen können. In der Regel eignen sich hierfür metallorganische Verbindungen, bevorzugt Alkalimetallalkyle oder -aryle. Zweck mäßigerweise werden lithiumorganische Verbindungen eingesetzt wie Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, sec-Butyl-, tert.-Butyl-, Phenyl-, Diphenylhexyl-, Hexamethylendi-, Butadienyl-, Isoprenyl- oder. Bevorzugt wird Butyllithium, Polystyryllithium PSLi oder 1,1-Diphenylhexyllithium verwendet, das leicht aus der Umsetzung von 1,1-Diphenylethylen mit n- oder sec.-Butyllithium erhältlich ist. Die benötigte Initiatormenge ergibt sich aus dem gewünschten Molekulargewicht und liegt in der Regel im Bereich von 0,002 bis 5 Molprozent bezogen auf die zu polymerisierende Monomermenge.All customary initiators can be used as the polymerization initiator I. are used, which trigger the anionic polymerization can. As a rule, organometallic ones are suitable for this Compounds, preferably alkali metal alkyls or aryls. Purpose organolithium compounds are used moderately like Ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert.-butyl, Phenyl, diphenylhexyl, hexamethylenedi, butadienyl, isoprenyl or. Butyllithium, polystyryllithium or PSLi is preferred 1,1-Diphenylhexyllithium used which is easy from the implementation of 1,1-diphenylethylene available with n- or sec-butyllithium is. The amount of initiator required results from the desired amount Molecular weight and is usually in the range of 0.002 to 5 mole percent based on the amount of monomer to be polymerized.
Als Lösungsmittel eignen sich gegenüber dem Polymerisationsinita tor inerte Lösungsmittel. Zweckmäßigerweise verwendet man aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasser stoffe mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen wie Pentan, Hexan, Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Iso-Oktan, Benzol, Alkylbenzole wie Toluol, Xylol, Ethylbenzol oder Dekalin oder geeignete Gemische.Suitable solvents are compared to the polymerization initiator tor inert solvents. Conveniently one uses aliphatic, cycloaliphatic or aromatic hydrocarbons substances with 4 to 12 carbon atoms such as pentane, hexane, heptane, Cyclohexane, methylcyclohexane, iso-octane, benzene, alkylbenzenes such as Toluene, xylene, ethylbenzene or decalin or suitable mixtures.
Die Ausgangskonzentration [S]0 des Monomeren S in der Vorlage be trägt im allgemeinen 2 bis 40, bevorzugt 5 bis 25 Gewichts prozent. Die Ausgangskonzentration [B]0 des Monomeren B ergibt sich aus der gewünschten Copolymerzusammensetzung und den Reakti onsgeschwindigkeitskonstanten nach Gleichung (1).The initial concentration [S] 0 of the monomer S in the initial charge is generally 2 to 40, preferably 5 to 25, percent by weight. The initial concentration [B] 0 of the monomer B results from the desired copolymer composition and the reaction rate constants according to equation (1).
Bevorzugt wird das Monomere B im Zulauf lösungsmittelfrei zugege ben. Es kann aber auch in einem geeigneten Lösungsmittel zugege ben werden. Bevorzugt wird das gleiche Lösungsmittel verwendet, in dem die Polymerisation durchgeführt wird. Hierdurch läßt sich z. B. eine bessere Dosiergenauigkeit erreichen.Monomer B is preferably added solvent-free in the feed ben. However, it can also be added in a suitable solvent be. The same solvent is preferably used, in which the polymerization is carried out. This allows e.g. B. achieve better dosing accuracy.
Temperatur und Druck sind für die Durchführung des Verfahrens un kritisch. In der Regel wird bei einem Druck im Bereich von 1 bis 20 bar und einer Temperatur von 20°C bis 130°C, bevorzugt 60°C bis 100°C polymerisiert.Temperature and pressure are un for the implementation of the method critical. As a rule, at a pressure in the range of 1 to 20 bar and a temperature of 20 ° C to 130 ° C, preferably 60 ° C to Polymerized at 100 ° C.
Falls in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Polymerisationsini
tiator nicht ein wachstumsfähiges Polymer PSI, z. B. Polystyryl
lithium direkt eingesetzt wird, ergeben sich für den ersten
Iterationsschritt die wachsende Polymerketten PSI nach Gleichung
(13) bzw. PBI nach Gleichung (14):
If in the process according to the invention as a polymerization initiator is not a viable polymer PSI, e.g. B. Polystyryl lithium is used directly, the growing polymer chains PSI according to equation (13) or PBI according to equation (14) result for the first iteration step:
PBI(0)=Initiator(0)-PSI(0) (14)
PBI (0) = initiator (0) -PSI (0) (14)
Die Lösung der Differentialgleichungen (2) bis (6) mit der Bedin
gung (7) sind dem Fachmann bekannt. Für die näherungsweise Lösung
des Gleichungssystems (2) bis (7) hat sich beispielsweise folgen
des Vorgehen als geeignet erwiesen, für das auch Programme auf
gängigen Personal Computern verfügbar sind:
Für Zeitinkremente Δt, die klein gegenüber der gesamten Zulauf
zeit des Monomeren B sind, kann zur Lösung der Differentialglei
chungen (2) bis (6) näherungsweise die Zulaufgeschwindigkeit rz =
0 einsetzt werden. Als Ergebnis erhält man die Menge der Monome
ren St + Δt und Bt + Δt und der wachsenden Polymerketten PSIt+Δt
und PBIt+Δt sowie das momentane Volumen Vt+Δt der Polymerisati
onsmischung zum Zeitpunkt t + Δt. Während diesem Zeitinkrement Δt
verarmt die Polymerisationslösung an dem schneller einpolymeri
sierenden Monomer B, so daß das Verhältnis der Monomeren B zu Mo
nomeren S zum Zeitpunkt t + Δt nicht mehr dem Ausgangsverhältnis
[B]0/[S]0 nach Gleichung (1) entspricht. Man berechnet nun nach
Gleichung (15) die Menge an Monomer Bz in Mol, die notwendig ist
um das Ausgangsverhältnis [B]0/[S]0 nach Gleichung (1) wieder her
zustellen
The solution of the differential equations (2) to (6) with the condition (7) are known to the person skilled in the art. For the approximate solution of the system of equations (2) to (7), the following procedure, for example, has proven suitable, for which programs are also available on common personal computers:
For time increments Δt that are small compared to the total feed time of the monomer B, the feed rate r z = 0 can approximately be used to solve the differential equations (2) to (6). The result is the amount of the monomers S t + Δt and B t + Δt and the growing polymer chains PSI t + Δt and PBI t + Δt as well as the instantaneous volume V t + Δt of the polymerisation mixture at the time t + Δ t . During this time increment Δ t depletes the polymerization solution at the faster einpolymeri-stabilizing monomer B, so that the ratio of the monomers B t nomeren to Mo S at time + Δ not t greater the output ratio [B] 0 / [S] 0 according to equation (1 ) corresponds. The amount of monomer B z in moles which is necessary to restore the initial ratio [B] 0 / [S] 0 according to equation (1) is now calculated according to equation (15)
Bz = St+Δt.B0/S0-Bt+Δt (15).B z = S t + Δt .B 0 / S 0 -B t + Δt (15).
Aus dieser Menge an Monomer Bz in Mol sowie der Konzentration [B]z im Zulauf läßt sich die Zulaufgeschwindigkeit rz berechnen, um vor dem nächsten Zeitinkrement Δt wieder das Sollverhältnis [B]0/[S]0 einzustellen.From this amount of monomer B z in mol and the concentration [B] z in the feed, the feed rate r z can be calculated in order to set the target ratio [B] 0 / [S] 0 again before the next time increment Δt.
Dieses Verfahren wird iterativ sooft wiederholt, wie der vorgese hen Menge Monomer B aus dem Zulauf entspricht. Man erhält auf diese Weise eine treppenförmige Funktion der Zulaufgeschwindig keit rz über die Zeit. Die Zeitinkremente Δt können konstant oder variabel gewählt werden. Die erhaltenen Werte der Zulaufgeschwin digkeiten zu verschiedenen Zeiten können auch nach bekannten ma thematischen Verfahren geglättet und durch stetige Funktionen, beispielsweise der Form rz = b.mt angenähert werden. Auf diese Weise lassen sich einfache Funktionen für die Steuerung des Zu laufes wählen.This process is repeated iteratively as often as the amount of monomer B provided from the feed corresponds. In this way, a step-like function of the inlet speed r z over time is obtained. The time increments Δ t can be chosen to be constant or variable. The values of the inlet speeds obtained at different times can also be smoothed according to known mathematical methods and approximated by continuous functions, for example the form r z = bm t . In this way, simple functions for controlling the run can be selected.
Gegen Ende des Zulaufes der Monomeren B nimmt die Zulauf geschwindigkeit rz ab. Es hat sich daher als vorteilhaft erwiesen, nach Polymerisation von 90%, vorzugsweise 95%, insbesondere 98% der gesamten zu polymerisierenden Menge an Monomer B, die ver bleibende Menge im Zulauf auf einmal oder mit konstanter Zulauf geschwindigkeit zuzugeben. Dadurch kann die Polymerisationszeit abgekürzt werden, ohne die Polymerzusammensetzung wesentlich zu beeinflussen.Towards the end of the feed of the monomers B, the feed rate r z decreases. It has therefore proven to be advantageous, after polymerization of 90%, preferably 95%, in particular 98%, of the total amount of monomer B to be polymerized, to add the remaining amount in the feed at once or at a constant feed rate. As a result, the polymerization time can be shortened without significantly influencing the polymer composition.
Zur Erzielung eines idealen statistischen Einbaus der Comonomeren in das Polymer wird die nach einem der oben beschriebenen Verfah ren ermittelte Zulaufgeschwindigkeit rz möglichst exakt eingehal ten. Insbesondere bei technischen Apparaturen ist die Dosier genauigkeit jedoch begrenzt. In der Regel erhält man jedoch Copolymere mit den gewünschten Eigenschaften, wenn die Abweichung zu höheren oder niedrigeren Zulaufgeschwindigkeiten nach jeder Seite weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5%, insbesondere we niger als 2% von der zum jeweiligen Zeitpunkt ermittelten Zulauf geschwindigkeit rz beträgt.In order to achieve an ideal statistical incorporation of the comonomers into the polymer, the feed rate r z determined according to one of the methods described above is adhered to as precisely as possible. However, the metering accuracy is limited, particularly in the case of technical apparatus. In general, however, copolymers with the desired properties are obtained if the deviation to higher or lower feed rates on each side is less than 10%, preferably less than 5%, in particular less than 2% of the feed rate r z determined at the respective time is.
Die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten kBB, kSS, kSB und kBS werden für das jeweilige Polymerisationssystem, das heißt für die jewei lige Kombination von Monomeren, Lösungsmittel und gegebenenfalls Zusätze wie Lewisbasen, experimentell mit ihrer Temperatur abhängigkeit ermittelt.The reaction rate constants k BB , k SS , k SB and k BS are experimentally determined with their temperature dependence for the respective polymerization system, that is to say for the respective combination of monomers, solvents and, if appropriate, additives such as Lewis bases.
Für das System Styrol, 1,3-Butadien und Cyclohexan ergeben sich
beispielsweise die temperaturabhängigen Reaktionsgeschwindig
keitskonstanten nach den Gleichungen (8) bis (11):
For the system styrene, 1,3-butadiene and cyclohexane, for example, the temperature-dependent reaction rate constants result from equations (8) to (11):
Nach Einsetzen der Molmassen und Dichten für Styrol, Butadien und
der Dichte des statistischen Styrol/Butadien-Copolymeren in Glei
chung (6) ergibt sich die Gleichung (6a):
After inserting the molar masses and densities for styrene, butadiene and the density of the random styrene / butadiene copolymer in equation (6), equation (6a) results:
-dV/dt = -rz-0,020 ds/dt-0,029 dB/dt (6a).-dV / dt = -r z -0.020 ds / dt-0.029 dB / dt (6a).
Näherungsweise kann man die Zulaufgeschwindigkeit rz durch eine
Exponentialgleichung der Formel (12)
The feed rate r z can be approximated by an exponential equation of the formula (12)
rz = Vges.c1.exp(-c2.t) (12)
r z = V tot .c 1 .exp (-c 2 .t) (12)
mit
Vges Gesamtvolumen aus Vorlage und Zulauf
c1, c2 Näherungsparameter
t Zeit ab Beginn des Zulaufs von Monomer B
beschreiben.With
V total volume from supply and inflow
c 1 , c 2 approximation parameters
t time from the start of the feed of monomer B.
describe.
Die Näherungsparameter c1 und c2 sind abhängig von der Temperatur T und Konzentration der Polymerisationslösung sowie dem gewünsch ten Molekulargewicht Mn und dem gewünschten Molverhältnis s/b der Monomeren S und B des Copolymeren. Sie lassen sich beispielsweise durch übliche Regressionsverfahren an experimentelle Daten anpas sen.The approximate parameters c 1 and c 2 are dependent on the temperature T and concentration of the polymerization solution and the desired molecular weight M n and the desired molar ratio s / b of the monomers S and B of the copolymer. For example, they can be adapted to experimental data using standard regression methods.
Für die Herstellung von statistischen Styrol-Butadien-Copolymeren in Cyclohexan als Lösungsmittel können z. B. die Parameter c1 und c2 aus der Tabelle 1 eingesetzt werden. Sie gelten für den Temperaturbereich 313 K bis 393 K und 30 bis 70 Gewichtsprozent bei einem Molekulargewicht von 25000 bis 100000 g/mol und einem Styrolgehalt von 30 bis 70 Gewichtsprozent bezogen auf das Copolymer. For the production of statistical styrene-butadiene copolymers in cyclohexane as a solvent, for. B. the parameters c 1 and c 2 from Table 1 are used. They apply to the temperature range 313 K to 393 K and 30 to 70 percent by weight with a molecular weight of 25000 to 100000 g / mol and a styrene content of 30 to 70 percent by weight based on the copolymer.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Blockcopolymere die einen statistischen Copolymerblock S/B enthalten, herstellt werden. Dies kann durch die bekannten Verfahren wie sequentielle anionische Polymerisation oder durch mehrfunktionelle Initiatoren oder mit Kopplungsmittel erreicht werden.Block copolymers can also be used in the process according to the invention which contain a random copolymer block S / B become. This can be done by the known methods such as sequential anionic polymerization or by multifunctional initiators or can be achieved with coupling agent.
Beispielsweise lassen sich Dreiblockcopolymeren S-S/B-S mit einem statistischen Copolymerblock S/B und zwei Blöcken aus im wesent lichen vinylaromatischen Monomeren S durch sequentielle anio nische Polymerisation herstellen. Hierzu polymerisiert man zuerst einen Polymerblock PSI aus vinylaromatischen Monomeren S und schließt einen statistischen Copolymerblock S/B nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Zugabe einer Teilmenge des Mo nomeren B entsprechend Gleichung (1) und Zugabe weiteren Monomers B mit der wie oben beschrieben ermittelten Zugabegeschwindigkeit rz. Anschließend polymerisiert man den zweiten Block S an den Copolymerblock S/B durch Zugabe von weiterem vinylaromatischem Monomer S.For example, three-block copolymers SS / BS can be produced with a random copolymer block S / B and two blocks of essentially vinyl aromatic monomers S by sequential anionic polymerization. For this purpose, a polymer block PSI is first polymerized from vinylaromatic monomers S and a statistical copolymer block S / B is closed by the process according to the invention by adding a subset of monomer B in accordance with equation (1) and adding further monomer B with the addition rate r z determined as described above . The second block S is then polymerized onto the copolymer block S / B by adding further vinylaromatic monomer S.
Nach beendetem Molekulargewichtsaufbau können die "lebenden" Po lymerenden gegebenenfalls mit üblichen Kettenabbruch- oder Kop plungsmitteln in Mengen, die sich gewöhnlich nach der eingesetz ten Initiatormenge richten, umgesetzt werden.After the molecular weight has been built up, the "living" Po if necessary with usual chain termination or cop plating agents in amounts that are usually according to the used direct the amount of initiator, be implemented.
Als Kettenabbruchmittel eignen sich protonenaktive Substanzen oder Lewissäuren wie beispielsweise Wasser, Alkohole, aliphatische und aromatische Carbonsäuren sowie anorganische Säuren wie Kohlensäure oder Borsäure.Proton-active substances are suitable as chain terminators or Lewis acids such as water, alcohols, aliphatic and aromatic carboxylic acids and inorganic Acids such as carbonic acid or boric acid.
Zur Kopplung der Blockcopolymeren können bi- oder mehrfunktio nelle Verbindungen, beispielsweise Halogenide von aliphatischen Kohlenwasserstoffen, wie Dibrommethan, Bischlormethylbenzol oder Siliziumtetrachlorid, Dialkylsiliziumdichlorid, Alkylsilizium trichlorid oder Zinntetrachlorid, polyfunktionelle Aldehyde wie Therephtalsäuredialdehyd, Ketone, Ester, Anhydride oder Epoxide eingesetzt werden. Bevorzugt werden Carbonsäureester wie Essig säureethylester als Kopplungsmittel eingesetzt, wenn keine Lewis basen wie Tetrahydrofuran zugegen sind. In Gegenwart von Basen verwendet man bevorzugt Diepoxide wie 1,4-Butandioldiglycidyl ether oder epoxidierte Pflanzenöle wie epoxidiertes Leinsamenöl oder Sojabohnenöl.To couple the block copolymers, bifunctional or multifunctional nelle compounds, for example halides of aliphatic Hydrocarbons such as dibromomethane, bischloromethylbenzene or Silicon tetrachloride, dialkyl silicon dichloride, alkyl silicon trichloride or tin tetrachloride, polyfunctional aldehydes such as Therephthalic acid dialdehyde, ketones, esters, anhydrides or epoxides be used. Carboxylic acid esters such as vinegar are preferred Acid ethyl ester used as a coupling agent if no Lewis bases such as tetrahydrofuran are present. In the presence of bases Diepoxides such as 1,4-butanediol diglycidyl are preferably used ether or epoxidized vegetable oils such as epoxidized linseed oil or soy.
Als ein die Polymerisationsparameter beeinflussender Zusatz (Ran domizer) können beispielsweise Lewisbasen, wie polare, aprotische Lösungsmittel oder kohlenwasserstofflösliche Metallsalze einge setzt werden. Als Lewisbasen können beispielsweise Dimethylether, Diethylenglykoldimethylether, Tetrahydrofuran, oder tertiärer Amine wie Pyridin und Tributylamin verwendet werden. Unter den kohlenwasserstofflöslichen Metallsalzen verwendet man bevorzugt Alkali- oder Erdalkalisalze primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole, besonders bevorzugt die Kaliumsalze, wie Kaliumtetrahy drolinaloolat.As an additive influencing the polymerization parameters (Ran domizers) can, for example, Lewis bases, such as polar, aprotic Solvents or hydrocarbon-soluble metal salts inserted be set. As Lewis bases, for example dimethyl ether, Diethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran, or tertiary Amines such as pyridine and tributylamine can be used. Among the hydrocarbon-soluble metal salts are preferably used Alkaline or alkaline earth salts of primary, secondary and tertiary Alcohols, particularly preferably the potassium salts, such as potassium tetrahy drolinaloolat.
Durch den Zusatz eines Randomizer kann der statistische Monome reinbau auch bei Abweichungen von der idealen Zulaufgeschwindig keit rz sichergestellt werden. Auch die absolute Polymerisations geschwindigkeit kann auf diese Weise erhöht und somit höhere Raum-Zeitausbeuten ermöglicht werden.With the addition of a randomizer, the statistical monomeure can be ensured even in the event of deviations from the ideal inlet speed r z . The absolute polymerization rate can also be increased in this way, thus enabling higher space-time yields.
Wenn auf einen niedrigen Vinylgehalt Wert gelegt wird, wird je doch kein Randomizer zugegeben oder die Konzentration so niedrig gehalten, daß der Vinylgehalt nicht wesentlich steigt. Die ideale Konzentration hängt von der Wahl des Randomizers ab. Bei Verwendung von Tetrahydrofuran als Randomizer, einem Kohlenwas serstoff wie Cyclohexan als Lösungsmittel und einer Lithiumorga nylverbindung als Initiator liegt die ideale Konzentration üblicherweise unterhalb 0,3 Volumenprozent bevorzugt unter 0,1 Vol.-%, besonders bevorzugt unterhalb 0,03 Vol.-%.If you value a low vinyl content, but no randomizer added or the concentration so low held that the vinyl content does not increase significantly. The ideal Concentration depends on the choice of the randomizer. At Use of tetrahydrofuran as a randomizer, a coal water Hydrogen such as cyclohexane as a solvent and a lithium organ nyl compound as the initiator is the ideal concentration usually below 0.3 percent by volume, preferably below 0.1 vol .-%, particularly preferably below 0.03 vol .-%.
Bei Verwendung von Kaliumtetrahydrolinaloolat als Randomizer, einem Kohlenwasserstoff wie Cyclohexan als Lösungsmittel und einem Lithiumorganyl als Initiator wird zweckmäßigerweise ein Li thium/Kalium-Verhältnis von mindestens 25/1, bevorzugt mindestens 40/1 und besonders bevorzugt mindestens 60/1 gewählt.When using potassium tetrahydrolinaloolate as a randomizer, a hydrocarbon such as cyclohexane as a solvent and a lithium organyl as initiator is advantageously a Li thium / potassium ratio of at least 25/1, preferably at least 40/1 and particularly preferably selected at least 60/1.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, statistische Copolymere S/B aus Monomeren S, wie Styrol und Monomeren B wie Butadien auf einfache und reproduzierbare Weise ohne aufwendige Prozeßanalytik herzustellen. Das Verfahren kann schnell auf an dere Prozeßbedingungen, wie Temperatur oder auf andere Copolymer zusammensetzungen ohne zeitaufwendige Vorversuche übertragen wer den.The method according to the invention allows statistical Copolymers S / B from monomers S, such as styrene and monomers B, such as Butadiene in a simple and reproducible manner without time-consuming To produce process analytics. The process can quickly start their process conditions, such as temperature or other copolymer compositions without time-consuming preliminary tests the.
Cyclohexan, Styrol und Butadien wurden in den aus Tabelle 1 er
sichtlichen Mengen V0 vorgelegt. Der Polymerisationsinitiator n-
Butyllithium (BuLi) wurde bei 80°C zugegeben und gleichzeitig der
Butadienzulauf gestartet. Die Zulaufgeschwindigkeit wurde bis zur
angegebenen Endzeit (Tabelle 1) entsprechend den Kurven aus Fig.
1 eingestellt, anschließend wurde der verbleibende Rest mit 0,01
ml/s zudosiert. Die Copolymeren zeigen nur eine Glasstufe und der
1,2-Vinylgehalt liegt unter 8% (Tabelle 1).
Cyclohexane, styrene and butadiene were presented in the amounts V 0 visible from Table 1. The polymerization initiator n-butyllithium (BuLi) was added at 80 ° C. and the butadiene feed was started at the same time. The feed rate was adjusted to the specified end time (Table 1) in accordance with the curves from FIG. 1, then the remainder was metered in at 0.01 ml / s. The copolymers show only one glass level and the 1,2-vinyl content is below 8% (Table 1).
Claims (7)
- a) eine Mischung, enthaltend die Monomeren S und B in den
Anfangskonzentrationen [S]0 und [B]0 herstellt, wobei
sich die Konzentration [B)0 des Monomeren B in der
Mischung nach Gleichung 1 berechnet:
mit
s gewünschter Anteil der Monomeren S im Copolymeren in Molprozent,
b gewünschter Anteil der Monomeren B im Copolymeren in Molprozent,
kBB Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren B an die wachsende Polymerkette PBI mit einem Monomeren B als zuletzt angelagertem Monomer,
kSS Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren S an die wachsende Polymerkette PSI mit einem Monomeren S als zuletzt angelagertem Monomer,
kSB Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren B an die wachsende Polymerkette PSI mit einem Monomeren S als zuletzt angelagertem Monomer,
kBS Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Anlagerung eines Monomeren S an die wachsende Polymerkette PBI mit einem Monomeren B als zuletzt angelagertem Monomer, - b) die Copolymerisation initiiert durch in Kontaktbringen der Mischung aus a) mit dem Polymerisationsinitiator I oder einer wachsenden Polymerkette PBI oder PSI,
- c) und während der Copolymerisation die verbleibende Menge
des Monomeren B mit der Zulaufgeschwindigkeit rz
zudosiert, wobei sich die Zulaufgeschwindigkeit rz zur
Zeit t durch iteratives Lösen der Differentialgleichungen
(2) bis (6)
mit
V Volumen der Polymerisationsmischung zum jeweiligen Zeitpunkt und
[B]z Konzentration des Monomeren B im Zulauf
ρs, ρB Dichte des Monomeren S und B
ρP Dichte des Copolymeren
Ms, MB Molmasse der Monomeren S und B
S, B Stoffmenge der Monomeren S und B
unter der Bedingung (7)
ergibt.
- a) produces a mixture containing the monomers S and B in the initial concentrations [S] 0 and [B] 0 , the concentration [B) 0 of the monomer B in the mixture being calculated according to equation 1:
With
s desired proportion of the monomers S in the copolymer in mole percent,
b desired proportion of the monomers B in the copolymer in mole percent,
k BB reaction rate constant of the addition of a monomer B to the growing polymer chain PBI with a monomer B as the last added monomer,
k SS reaction rate constant of the addition of a monomer S to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last added monomer,
k SB reaction rate constant of the addition of a monomer B to the growing polymer chain PSI with a monomer S as the last added monomer,
k BS reaction rate constant of the addition of a monomer S to the growing polymer chain PBI with a monomer B as the last added monomer, - b) the copolymerization is initiated by bringing the mixture of a) into contact with the polymerization initiator I or a growing polymer chain PBI or PSI,
- c) during copolymerization and the remaining amount of the monomer B with the feed rate r z been added, with the feed rate r z at time t by iteratively solving the differential equations (2) to (6)
With
V volume of the polymerization mixture at the respective time and
[B] z concentration of monomer B in the feed
ρ s , ρ B density of the monomers S and B
ρ P density of the copolymer
M s , M B molar mass of the monomers S and B
S, B Amount of substance of the monomers S and B
on condition (7)
results.
für die Reaktionstemperatur T ergeben.2. The method according to claim 1, characterized in that styrene is used as the monomer S and butadiene as the monomer B in cyclohexane as the solvent and the reaction rate is used which is constant according to the equations (8) to (11)
for the reaction temperature T.
rz= Vges.c1.exp(-c2.t) (12)
mit
Vges Gesamtvolumen aus Vorlage und Zulauf
c1, c2 Näherungsparameter
t Zeit ab Beginn des Zulaufs von Monomer B annähert.3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the feed rate r z by an exponential equation of the formula (12)
r z = V tot .c 1 .exp (-c 2 .t) (12)
With
V total volume from supply and inflow
c 1 , c 2 approximation parameters
t Approximate time from the start of monomer B feed.
- a) einen Polymerblock PSI durch anionische Polymerisation von vinylaromatischen Monomeren S herstellt,
- b) einen statistischen Copolymerblock S/B nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 anpolymerisiert
- c) und durch Zugabe von weiterem vinylaromatischen Monomeren S den zweiten Block S an den Copolymerblock S/B polymerisiert.
- a) a polymer block PSI is produced by anionic polymerization of vinylaromatic monomers S,
- b) polymerized a random copolymer block S / B by the method according to any one of claims 1 to 4
- c) and by adding further vinyl aromatic monomers S, the second block S is polymerized to the copolymer block S / B.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998101101 DE19801101A1 (en) | 1998-01-15 | 1998-01-15 | Production of random and block copolymers suitable for making fibers, films and moldings |
| PCT/EP1999/000137 WO1999036451A1 (en) | 1998-01-15 | 1999-01-12 | Method for producing statistical styrene-butadiene-copolymers |
| AU26166/99A AU2616699A (en) | 1998-01-15 | 1999-01-12 | Method for producing statistical styrene-butadiene-copolymers |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1998101101 DE19801101A1 (en) | 1998-01-15 | 1998-01-15 | Production of random and block copolymers suitable for making fibers, films and moldings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19801101A1 true DE19801101A1 (en) | 1999-07-22 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1998101101 Withdrawn DE19801101A1 (en) | 1998-01-15 | 1998-01-15 | Production of random and block copolymers suitable for making fibers, films and moldings |
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|---|---|
| AU (1) | AU2616699A (en) |
| DE (1) | DE19801101A1 (en) |
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| US4396741A (en) * | 1982-03-30 | 1983-08-02 | Shell Oil Company | Photometer-controlled anionic polymerization |
| ZA865707B (en) * | 1985-09-03 | 1987-03-25 | Firestone Tire & Rubber Co | Oligomeric oxolanyl alkanes as randomizers for copolymerization |
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1998
- 1998-01-15 DE DE1998101101 patent/DE19801101A1/en not_active Withdrawn
-
1999
- 1999-01-12 WO PCT/EP1999/000137 patent/WO1999036451A1/en not_active Ceased
- 1999-01-12 AU AU26166/99A patent/AU2616699A/en not_active Abandoned
Also Published As
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| 8130 | Withdrawal |