MÜLLER-BORE · DEUFI3L · SCKOIJ HERTEL
PATENTAKWHTE
OR. WOLFGANG MÜLLER-(PATENTANWALT
VON 1927- 197S) DR. PAUL DEUFEL. DIPL-CHEM.
OR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS.
c 2998
CPC INTERNATIONAL INC.,
International Plaza, Englewood Cliffs,
New Jersey O7632, USA
Pfropfmischpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und
makromolekulare Monomere zur Durchführung des Verfahrens
709849/0855
MtHCEIN 89 ■ SIEBERTSTR. 4 · POSTFACH 860730 · KABEL: MITEBOPAT · TEL·. (080) 174003 · TELEX 3-21283
-1 -
λό 27223U
Die Erfindung betrifft makromolekulare Monomere mit einer di—
funktioneilen Bndgruppe, phasenseparierte Pfropfmischpolymere aus durch Kondensation chemisch verknüpften Kondensationspolymergerüst-
bzw. -rückgratketten und polymeren Seiten— ketten, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Es sind viele Versuche bekannt, die Eigenschaften der verschiedensten
Polymeren mit denen anderer, unähnlicher Polymerer durch chemische Verknüpfung oder mechanische Vereinigung zu
kombinieren. Häufig ließen sich diese Mischpolymeren jedoch aufgrund der Unverträglichkeit der miteinander zu kombinierenden
bzw. vereinigenden Polymeren nur schwer herstellen. Ein Weg, auf dem dieses Ziel nach dem Stand der Technik zu erreichen
versucht wurde, ist die Herstellung von Block- oder Pfropfmischpolymeren. Auf diese Weise werden zwei verschiedene,
normalerweise nicht miteinander verträgliche polymere Segmente chemisch miteinander verbunden, um eine Art von "erzwungener
Verträglichkeit" herzustellen. In einem derartigen Mischpolymer entwickelt bzw. weist jedes Polymersegment weiter die
Eigenschaften auf, die es als unabhängiges Polymer auszeichnen.
Daher besitzen die Block- oder Pfropfmischpolymerisate in vielen Fällen eine Kombination von Eigenschaften, die in
einem Homopolymerisat oder einem statistischen Mischpolymer
normalerweise nicht zu finden ist.
Eine Methode, die Eigenschaften von Kondensationspolymeren mit
denen von Styrol-, Olefin- oder Dienpolymerisaten zu kombinieren, ist die Herstellung von Blockmischpolymeren durch Umsetzen
eines durch anionische Polymerisation hergestellten, lebenden Dicarbanionpolymers mit einem vorgeformten Polymersegment
vom Typ der Kondensationspolymeren, das an jedem Ende eine zur Reaktion mit dem Dicarbanion befähigte funktionelle Gruppe
besitzt (GB-PS 1 262 792). Nach dem in dieser britischen Patentschrift beschriebenen Verfahren werden somit Polymere
hergestellt, die Blöcke bzw. Segmente aus beispielsweise Polystyrol und Polyester besitzen.
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Eine andere Methode zur erzwungenen Kombination einander un- · ähnlicher Polymermaterialien ist aus der US-Patentschrift
3 786 116 bekannt, in der ein Verfahren zur Herstellung von
Pfropfmischpolymeren beschrieben ist, bei dem man zunächst ein monofunktionelles lebendes Polymer durch anionische Polymerisation
herstellt, das dann mit einem Abbruchmittel zu einem makromolekularen Monomer mit einer copolymerisierbaren
Endgruppe umgesetzt wird, die man nachfolgend mit einem ein Polymerrückgrat bildenden Comonomer zu dem erwünschten Pfropf—
mischpolymer mischpolymerisiert.
In dieser Patentschrift ist das Abbrechen eines mit Äthylen—
oxyd maskierten lebenden Polymers mit einem Halogenalky!maleinsäureanhydrid
oder Halogenalkylmaleinsäureestern offenbart. Weiter wird in dieser Patentschrift vorgeschlagen, die Anhydrid-
und Estergruppen in Carboxylgruppen umzuwandeln und die dabei erhaltenen Polymeren mit zwei Carbonsäuregruppen aufweisenden
Endgruppen mit Glycolen oder Diaminen zu Polyestern bzw. Polyamiden mit Pfropfmischpolymerstruktur umzusetzen. Die in
der genannten US-Patentschrift beschriebene Umsetzung eines
derartigen, zwei Carbonsäuregruppen aufweisenden makromolekularen
Monomers mit einem Glycol oder einem Diamin ergibt
jedoch nur Rückgratketten aus dem entsprechenden Polyester oder Polyamid. Es wäre aber wünschenswert, chemisch verknüpfte,
phasenseparierte Hropfmischpolymere herzustellen bzw.
herstellen zu können, die als polymere Rückgratphase das Reaktionsprodukt aus mindestens zwei kondensierbaren Coraonomeren
und eine chemisch damit verknüpfte bzw. damit verbundene Seitenkettenphase aufweist, die aus einem selbstverstär—
kenden, polymeren Gebilde besteht, das für eine thermolabile Vernetzung des Pfropfmischpolymers sorgt. Derartige Pfropfmischpolymere
sind in der vorstehenden US-Patentschrift nicht
beschrieben. Aus der US-Patentschrift 3 786 II6 sind weiterhin
makromolekulare, mischpolymerisierbare Monomere bekannt, die als mischpolymerisierbare bzw. —kondensierbare Endgruppe eine
Glycolgruppe aufweisen und dadurch hergestellt werden, daß
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man das monofunktionelle lebende Polymer mit Epichlorhydrin
als Abbruchmittel umsetzt und anschließend die sich dabei ergebende Epoxydendgruppe zu der Glycol- oder Diolendgruppe
hydrolysiert. In dieser US-Patentschrift wird vorgeschlagen,
diese makromolekularen Monomeren mit einem Dicarbonsäure- oder
Diisocyanatvorpolymer zu einem Pfropfmischpolymer mit einem Polyamid- oder Polyurethanrückgrat umzusetzen. Die, wie in
der US-Patentschrift 3 786 116 angegeben, unter Verwendung von
Epichlorhydrin als Abbruchmittel erhaltenen Glycol- oder Diolendgruppen
enthalten jedoch sowohl eine primäre als auch eine sekundäre Hydroxylgruppe. Die primären und sekundären Hydroxylgruppen
besitzen jedoch jeweils verschieden hohe Reaktionsgeschwindigkeiten bei der Kondensationsreaktion mit den das
Rückgrat bildenden Dicarbonsäuren oder Diisocyanaten. Außerdem
bilden die aus den durch Abbrechen mit Epichlorhydrin hergestellten
makromolekularen Monomeren mit Glycol- oder Diolendgruppen keine so symetrische Struktur, wie dies in
einem Kondensations-Mischpolymer an sich wünschenswert wäre.
Erfindungsgemäß werden diese Nachteile des Standes der Technik
dadurch überwunden, daß die Erfindung makromolekulare Monomere mit difunktionellen Endgruppen zur Verfügung stellt, die
eine im wesentlichen einheitliche Molekulargewichtsverteilung besitzen und difunktionelle Endgruppen aufweisen, deren funk—
tionelle Gruppen eine untereinander im wesentlichen äquivalente Reaktionsfähigkeit bei einer Kondensations-Mischpolymerisationsreaktion
mit mindestens zwei kondensierbaren Comonomeren oder Vorpolymeren besitzen.
einer
Gemäß/Ausführungsform betrifft die Erfindung somit ein makromolekulares
Monomer, das dadurch gekennzeichnet,ist, daß es
ein lineares Polymer oder Copolymer der allgemeinen Formel
ist, in der
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I ein von einem monofunktionellen anionischen Initiator abgeleiteter
Rest ist,
Z eine von einem anionischen polymer!sierbaren Monomer abgeleitete
Einheit einer Polymerkette bedeutet, wobei sich die Einheiten, Z, in einer Polymerkette ~j_Zj^- , gegebenenfalls
von zwei oder mehreren verschiedenen Monomeren ableiten können, U ein Maskierungsgruppenrest ist, der sich von einer durch
Umsetzung eines Verkappungs- bzw. Maskierungsmittels, d.h.
einer zur Reaktion mit dem Carbanion eines lebenden Polymers unter Bildung eines anderen Anions geringerer Basizität befähigten
Verbindung, mit einem lebenden Polymer erzeugten Maskie— rungsgruppe ableitet, die einerseits eine Basizität aufweist,
die so viel niedriger als die des Carbanions des ursprünglichen bzw. nicht-maskierten lebenden Polymers ist, daß sie
bei der Umsetzung des maskierten lebenden Polymeren mit einem zwei funktionelle Gruppen W aufweisenden, halogenhaltigen Abbruchmittel,
von dem sich die difunktionelle Endgruppe ~*C i*1
der Formel I ableitet, mit den funktionellen Gruppen W praktisch nicht reagiert, andererseits aber so reaktionsfähig
ist, daß sie mit dem Halogen des Abbruchmittels reagiert, R eine aliphatisch^ Gruppe, eine Aryl- oder eine Aralkylgruppe
bedeutet,
W eine funktionelle Gruppe der Formel -CO2H, -COCl,
-NCO, -SO2Cl, -OCOCl, -OH, -NH3, -SH oder -CO2R» ist,
worin R1 einen Alkylrest bedeutet,
und η für eine positive ganze Zahl steht, die so groß ist, daß das Molekulargewicht des makromolekularen Monomers in
einem Bereich von etwa 2000 bis 50 000 liegt, eine im wesentlichen einheitliche Molekulargewichtsverteilung
aufweist, so daß das Verhältnis Mw/Mn kleiner als etwa 1,1 ist, und
sich weiter dadurch auszeichnet, daß es pro linearer Polymer—
oder Copolymerkette nicht mehr als eine Endgruppe besitzt, wobei letztere zwei identische funktionelle Gruppen mit bei einer
Kondensations polymerisation im wesentlichen äquivalenter Reaktionsfähigkeit aufweist.
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Bei bevorzugten erfindungsgemäßen makromolekularen Monomeren der Formel I hat η einen so großen Zahlenwert, daß das
Molekulargewicht des Monomers in einem Bereich von etwa 5000 bis 35 000 und insbesondere in einem Bereich von etwa
12 000 bis 25 000 liegt.
Bei bevorzugten erfindungsgemäßen makromolekularen Monomeren
der Formel I ist U ein Oxyalkylen-, 1,1-Diphenyläthylen-,
2-Butenylen- oder 2-Methyl-2-butenylenrest. Besonders bevorzugt
sind Monomere der Formel I, in denen U ein Oxyalkylenrest ist, z.B. das Reaktionsprodukt eines lebenden Polymers
mit Äthylenoxyd.
Bei bevorzugten erfindungsgemäßen Monomeren der Formel I bedeutet R eine Alkylen-, Phenylen-, Tolylen— oder Bis—phenylenmethangruppe.
Gemäß einer anderen Ausführungsform betrifft die Erfindung
ein chemisch verknüpftee, phasensepariertes Pfropfmischpolymer,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein Mischpolymer aus
1) etwa 1 bis 95 Gew.-fo mindestens eines mischpolymerisierbaren,
makromolekularen Monomers, das ein lineares Polymer oder Copolymer der allgemeinen Formel
ist, in der
I ein von einem monofunktionellen anionischen Initiator abgeleiteter Rest ist,
Z eine von einem anionisch polymeri si erbaren Monomer abgeleitete
Einheit einer Polymerkette bedeutet, wobei sich die Einheiten Z in der Polymerkette Z gegebenenfalls
von zwei oder mehreren verschiedenen Monomeren ableiten können,
U ein Maskierungsgruppenrest ist, der sich von einer durch
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Umsetzen eines Verkappungs- bzw. Maskierungsmittels, d.h. einer zur Reaktion mit dem Carbanion eines lebenden Polymers
unter Bildung eines anderen Anions geringerer Basizität befähigten Verbindung, mit einem lebenden Polymer
erzeugten Maskierungsgruppe ableitet, die einerseits eine
Basizität aufweist, die so viel niedriger als die des Carbanions des ursprünglichen bzw. nicht-maskierten lebenden
Polymers ist, daß sie bei der Umsetzung des maskierten lebenden Polymers mit einem zwei funktioneile Gruppen
W aufweisenden, halogenhaltigen Abbruchmittel, von dem
sich die difunktionelle Endgruppe -R^^ in der Formel I
W ableitet, mit den funktioneilen Gruppen W praktisch nicht reagiert, andererseits jedoch so reaktionsfähig ist, daß
sie mit dem Halogen des Abbruchmittels reagiert, R eine aliphatische Gruppe, eine Aryl- oder eine Aralkyl—
gruppe bedeutet,
¥ eine funktioneile Gruppe der Formel -CO2H, -COCl, -NCO,
-SO2Cl, -OCOCl, -OH, -NH2, -SH oder CO2R1 ist, worin R«
einen Alkylrest bedeutet
und
η für eine positive ganze Zahl steht, die so groß ist, daß das Molekulargewicht des makromolekularen Monomers in
einem Bereich von etwa 2000 bis 50 000 liegt, eine im wesentlichen einheitliche Molekulargewichtsverteilung
aufweist, so daß das Verhältnis Rw/Ün unter einem Wert von etwa 1 ,1 liegt
und
sich weiter dadurch auszeichnet, daß es pro linearer Polymer- oder Copolymerkette nicht mehr als eine Endgruppe
besitzt, wobei letztere zwei funktionelle Gruppen mit bei einer Kondensationspolymerisation im wesentlichen äquivalenter
Reaktionsfähigkeit aufweist, und
2) etwa 99 bis 5 Gewichtsprozent mindestens zweier verschiedener, difunktioneller, kondensationsmischpolymerisier—
barer Comonomerer, nämlich mindestens eines Comonomers
der allgemeinen Formel
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X-L-X II,
in der X ein Rest der Formel -CO_H, -COCl, -NCO, -SO_C1,
-OCOCl oder -CO R", worin R" ein Alkylrest ist, und L eine aliphatische Gruppe, eine Aryl— oder eine Aralkylgruppe
ist,
und mindestens eines anderen Comonomers der allgemeinen
Formel
Y-M-Y III,
in der Y einen Rest der Formel -OH, -NH? oder -SH bedeutet
und M eine aliphatische Gruppe, eine Aryl- oder eine
Aralkylgruppe ist,
und/oder mindestens eines durch Kondensation von mindestens einem Comonomer der Formel II mit mindestens einem
Comonoraer der Formel HI hergestellten Vorpolymers ist, das
a) ein aus von den kondensationsmischpolymerisierbaren
Comonomeren abgeleiteten wiederkehrenden Einheiten gebildetes Polymerrückgrat
und
b) lineare polymere Seitenketten aufweist, die von den makromolekularen Monomeren gebildet werden durch
Kondensationsmischpolymerisationsreaktion der Comonomeren und/oder daraus hergestellter Vorpolymerer mit
den funktioneilen Gruppen W mit dem Polymerrückgrat chemisch verknüpft bzw. an dieses ankondensiert sind.
Die neuen Pfropfraischpolymeren der Erfindung besitzen verbesserte
Theologische Schraelzeigenschaften und in einigen Fällen eine verbesserte Anfärbbarkeit. Je nach der Zusammensetzung
des Rückgrats und der Seitenketten lassen sich die erfindungs— gemäßen Pfropfmischpolymeren für bzw. als Fäden für die Herstellung
von Cord, Seilen oder Textilien, für bzw. als dünne Filme bzw. Folien mit hoher Zugfestigkeit und zur Beschichtung
verschiedener Materialien verwenden.
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Die Seitenketten der chemisch verknüpften phasenseparierten.
Pfropfmischpolymeren der Erfindung werden vorzugsweise hergestellt,
indem man zunächst ein polymer!sierbares Monomer
oder eine Korabination polymerisierbarer Monomerer anionisch
unter Bildung lebender Polymerer polymerisiert» Die lebenden Polymeren werden zweckmäßig hergestellt, indem man die
Monomeren oder Monoraerkombinationen. in Gegenwart eines inerten organischen Verdünnungsmittels, das an einer Polymerisationsreaktion
nicht teilnimmt bzw. nicht in eine Polymerisationsreaktion eingreift mit einem anionischen Polymerisationsini—
tiator in Berührung bringt.
Die einer anionischen Polymerisation zugänglichen Monomeren
sind dem Fachmann bekannt und kommen sämtlich für die Zwecke der Erfindung in Betracht. Erfindungsgemäß bevorzugte anionisch
polymerisierbare Monomere sind u.a. vinylsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffe mit bis zu etwa 12 C-Atomen
und konjugierte Diene mit k bis 12 C-Atomen. Beispiele solcher
Monomerer sind u.a. Styrol, c(,-Met;h.ylstyrol, Vinyltoluol und
seine Isomeren, Isopren, Butadien und Gemische der genannten Monomeren.
Zahlreiche andere, für die Herstellung der Seitenketten durch anionische Polymerisation geeignete Monomere sind in
"Macromolekular Reviews", Band 2, Seiten 7^ bis 83, Interscience
Publishers, Inc. (1967), im Kapitel "Monomers Polymerized
by Anionic Initiators" und der US-Patentschrift 3 786 1 16 angegeben,
auf die hiermit Bezug genommen wird.
Initiatoren für diese anionischen Polymerisationen sind alle
Alkalimetallkotilenwassörstof f e und -alkoxyds, die ein mono—
funktionelles lebendes Polymer, d.h. ein Polymer, bei dem nur ein Ende ein reaktionsfähiges Anion enthält, erzeugen.
Zahlreiche geeignete anionische Initiatoren sind in der US-Patentschrift 3 786 116 beschrieben.
Die Initiatormengen, Lösungsmittel und Temperaturbedingungen
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für die Herstellung der lebenden Polymeren entsprechen den
diesbezüglichen Angaben in der US-Patentschrift 3 786 116,
insbesondere Spalten 8 und 9» auf die hiermit Bezug genommen wird.
Die vorstehend beschriebenen lebenden Polymeren sind weiterer Reaktionen, einschließlich weiterer Polymerisation zugänglich*
Beispielsweise können an die lebenden Polymeren von den zu ihrer Herstellung verwendeten "ursprünglichen" anionisch
polymer!sierbaren Monomeren verschiedene anionisch polymerisierbare
Monomere addiert bzw. aufgepfropft werden, so daß man makromolekulare Diblockmonomere erhält.
Diese makromolekularen Diblockmonomeren sind immer noch lebende
Polymere. Sie sind somit einer weiteren Umsetzung mit Maskierungsmitteln der weiter oben angegebenen Art zugänglich
und können darauf in der weiter unten im einzelnen angegebenen Weise mit Abbruchmitteln abgebrochen werden.
Die lebenden Diblockpolymeren lassen sich durch Umsetzen des ersten lebenden Polymers, z.B. eines lebenden Polymers aus
einem monoalkenylsubstituierten aromatischen Kohlenwasserstoff, wie lebendes Polystyrol oder lebendes Poly-(c(-methylstyrol),
mit einem anderen anionisch polymerisierbaren Monomer, z.B. einem konjugierten Dien, wie Butadien oder Isopren,
herstellen. Dabei erhält man ein lebendes Diblockpolymer, das in der erfindungsgemäßen Weise maskiert und
abgebrochen werden kann. Mit Hilfe dieser Technik kann man lebende Diblockpolymere der allgemeinen Formel
A - B θ V
erhalten, in der A ein Polymerblock aus einem monoalkenylsubstituierten
aromatischen Kohlenwasserstoff und B ein Polymerblock aus einem konjugierten Dien ist. Die Herstellung
von lebenden Polymeren mit Diblockstruktur ist in der US-Patentschrift
3 8*12 AkS beschrieben, auf deren Inhalt hiermit
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Bezug genommen wird.
Infolge der (hohen) Basizität der vorstehend beschriebenen lebenden Polymeren sowie der Art bzw. der Eigenschaften der
erfindungsgemäß zu verwendenden Abbruchmittel finden unerwünschte Nebenreaktionen statt, die zu einem verunreinigten
Produkt führen, wenn das Abbruchraittel direkt mit dem lebenden Polymer umgesetzt wird. Beispielsweise neigen die Carbanionen
der lebenden Polymeren dazu, mit funktionellen Gruppen oder allen aktiven Wasserstoffatomen der erfindungsgemäß
zu verwendenden Abbruchmittel zu reagieren. In diesem Fall können die dabei erhaltenen makromolekularen Monomeren
ein Molekulargewicht besitzen, das doppelt so hoch wie das erwartete Molekulargewicht ist, und/oder einige
"tote" oder nicht mehr reaktionsfähige makromolekulare Monomere enthalten. Ein Mittel, das vorstehende Problem zu
lösen, besteht darin, daß man die Reaktionsfähigkeit des reaktiven Carbanions des lebenden Polymers mit den funktioneilen
Gruppen oder irgendwelchen aktiven Wasserstoffatomen
der Abbruchmittel vermindert. Eine bevorzugte Methode, die lebenden Polymeren dieser unerwünschten Reaktion weniger zugänglich
zu machen, ist es, die hoch-reaktiven lebenden Polymeren mit einem Reaktanten geringerer Reaktionsfähigkeit
zu "verkappen" bzw. zu "maskieren".
Ein "Maskierungsraittel" im Sinne der Erfindung ist somit eine
Verbindung, die mit dem Carbanion des lebenden Polymers unter Bildung eines Anions reagieren kann, dessen Basizität hinlänglich
geringer als die des ursprünglichen lebenden Polymers ist, daß das maskierte lebende Polymer nicht mehr in
wesentlichem Ausmaß mit den beiden funktioneilen Gruppen des Abbruchmittels reagiert, jedoch immer noch so hoch ist, daß
es mit dem Halogen des bzw. am halogenhaltigen Abbruchmittel reagiert. Einige Beispiele bevorzugter Maskierungsmittel
sind die niederen Alkylenoxyde, d.h. Alkylenoxyde mit 8 oder weniger Kohlenstoffatomen, wie Äthylen- und Propylenoxyd,
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1,1-Diphenyläthylen und konjugierte Diene, vie Butadien und
Isopren. Die "Maskierungsreaktion11 liefert ein Produkt, das
zwar immer noch ein lebendes Polymer ist, aber ein reineres Produkt ergibt, wenn es nachfolgend mit einem Abbruchmittel
umgesetzt wird, das eine funktioneile Gruppe oder ein aktives Wasserstoffatom enthält.
Die makromolekularen Monomeren der Erfindung werden hergestellt, indem man ein beliebiges der vorstehend beschriebenen "maskierten"
lebenden Polymeren mit einem halogenhaltigen Abbruchmittel, das zwei weitere funktioneile Gruppen enthält, die
nicht bevorzugt mit den lebenden Polymeren reagieren, z.B. einem halogenhaltigen Diester, wie 2-Brom—2-methylmalonsäurediäthylester,
umsetzt. Die funktionellen Gruppen, die nicht bevorzugt mit den "maskierten" lebenden Polymeren reagieren,
sind dadurch gekennzeichnet, daß sie an einer Kondensationsmischpolymerisationsreaktion
teilnehmen können oder in funktioneile Gruppen umgewandelt werden können, die zur Teilnahme
an einer Kondensationsraischpolymerisationsreaktion befähigt sind.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Abbruchmittel sind halogenhaltige
Verbindungen, die zusätzlich zwei identische funktioneile Gruppen enthalten. Unter funktionellen Gruppen sind
dabei solche Gruppen zu verstehen, die nicht in wesentlichem Ausmaß bzw. praktisch nicht mit den Anionen der maskierten
lebenden Polymeren reagieren, wie labile Wasserstoffatome,
Halogengruppen usw. , sowie jeweils eine im wesentlichen gleich hohe chemische Reaktionsfähigkeit besitzen oder in funktioneile
Gruppen umgewandelt werden können, die in einer Kondensationsmischpolymerisationsreaktion
eine im wesentlichen gleich hohe Reaktionsfähigkeit aufweisen.
Ein eine Ausführungsform der Erfindung erläuterndes Beispiel
ist die Herstellung eines lebenden Polystyrols, das mit Äthylenoxyd maskiert und anschließend mit einem halogenhaltigen
Alkylendiester, z.B. 2-Brom-2-methylmalonsäurediäthylester,
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zu einem makromolekularen Monomer der Formel
C - OC2H5
CH2CH2
O - C - CH C - 0C„
umgesetzt wird, in der η eine positive ganze Zahl bedeutet, die so groß ist, daß das Molekulargewicht der makromolekularen
Monomeren in einem Bereich von etwa 2000 bis 50 000 liegt.
Die vorstehend erläuterten makromolekularen Monomeren sind als solche wertvolle und gewerblich verwertbare Produkte,
die insbesondere zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kondensations—Pfropfmischpolymerisate
verwendet werden können. Die Diesterendgruppen der erfindungsg-emäßen makromolekularen
Monomeren lassen sich in andere funktionelle Endgruppen umwandeln, die befähigt sind, an einer Vielzahl anderer, verschiedener
Kondensationsmischpolymerisationsreaktionen teilzunehmen. Beispielsweise können die Diesterendgruppen mit
Alkali zu den entsprechenden Disäuresalzen verseift werden. Die Disäuresalzekönnen durch Umsetzen mit Thionylchlorid
in die entsprechenden Disäurechloride umgewandelt werden. Durch Behandeln der Disäurechloride mit Ammoniak kann man
das entsprechende Diamid erhalten, das wiederum mit Natriumhypobromit behandelt und stufenweise in das Diisocyanat und
das Diamin umgewandelt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert ein
Verfahren, bei dem lebende Polymere hergestellt werden, die man dann mit Äthylenoxyd maskiert und nachfolgend mit einem
monohalogenierten bzw. inonohalogensubstituierten Alkylendiacetat,
wie 2-Brom-tetramethylen-1,^-diacetat, umsetzt, Das
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Diacetat kann zum entsprechenden Diol, d.h. 1 ,4-Tetramethylen—
diol, verseift werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das
lebende Polymer mit Äthylenoxyd maskiert und dann mit Bis-(4i-acetoxy-phenyl)-bromraethan
umgesetzt. Die beiden Acetatgruppen können dann zum entsprechenden Bisphenol, also einer
Verbindung mit einer Aralkylgruppe des vorstehend beschriebenen Typs, verseift werden.
Das Abbrechen der lebenden Polymeren mit einem Abbruchmittel eines beliebigen vorstehend beschriebenen Typs wird durchgeführt,
indem man das Abbruchmittel einfach einer Lösung des lebenden Polymers bei der Temperatur zusetzt, bei der
das lebende Polymer hergestellt wird. Dabei findet eine sofortige Umsetzung statt. Man kann das Abbruchmittel in einem
geringen Überschuß in bezug auf die der Menge des verwendeten anionischen Initiators äquimolare Menge verwenden.
Der Abbruch kann in einem beliebigen inerten Lösungsmittel durchgeführt werden. In der Regel empfiehlt es sich, das gleiche
Lösungsmittelsystem wie bei der Herstellung des lebenden Polymers zu verwenden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Abbruchreaktion in einem Kohlenwasser— stofflösungsmittel statt in einem Lösungsmittel vom Typ der
polaren Äther, wie Tetrahydrofuran, durchgeführt. Es wurde festgestellt, daß die Verwendung von Kohlenwasserstofflösungsmitteln,
wie aromatische Kohlenwasserstoffe und gesättigte aliphatische oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, bezüglich
der Reaktionsbedingungen und des erhaltenen Produkts sich in verschiedener Hinsicht günstig auswirkt. Beispielsweise
läßt sich die Abbruchreaktion bei Verwendung von Kohlenwasserstoff lösungsmitteln bei höheren Temperaturen als bei der Verwendung
anderer Lösungsmittel durchführen.
Die makromolekularen Monomeren der Erfindung können in an sich
bekannter, z.B. der in der US-Patentschrift 3 786 116, auf deren
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Inhalt hiermit Bezug genommen wird, beschriebenen Weise isoliert werden.
Wie vorstehend bereits erwähnt, zeichnen sich die erfindungsgemäß
verwendeten makromolekularen Monomeren durch ein verhältnismäßig einheitliches Molekulargewicht aus, das heißt,
daß das Molekulargewichtsspektrum des erfindungsgemäß hergestellten Gemisches makromolekularer Monoraerer ziemlich
eng ist. Dies ist ein charakteristischer Unterschied zu den typischen üblichen Polymerisaten, die eine ziemlich breite
Molekulargewichtsverteilung aufweisen. Dieser Unterschied bezüglich der Molekulargewichtsverteilung ist insbesondere
aus einer Analyse des Gelpermeationschromatogramms von handelsüblichem Polystyrol (Dow 666u), das mittels frei-radikalischer
Polymerisation hergestellt wurde, einerseits und eines erfindungsgemäßen, durch anionische Polymerisation
und nachfolgendes Maskieren und Abbrechen hergestellten
makromolekularen Monomers auf Polystyrolbasis andererseits zu ersehen. Somit zeichnen sich die nach der Lehre der Erfindung
hergestellten makromolekularen Monomere dadurch aus, daß sie ein Mw/Rn-Verhältnis besitzen, das nicht wesentlich
größer als etwa 1,1 ist. Mw bedeutet hierbei das Gewichts-Durchschnitt smolekulargewicht des lebenden Polymers und Mn
das Zahlen-Durchschnittsmolekulargewicht des lebenden Polymers, das nach üblichen Analysenmethoden, wie Gelpermeationachromatographie
(GPU) bestimmt wird.
Die makromolekularen Monomeren der Erfindung besitzen die vorstehend erwähnte enge Molekulargewichtsverteilung und
Reinheit aufgrund des vorstehend beschriebenen Verfahrens zu ihrer Herstellung. Es ist daher wichtig, daß bei der Herstellung
der makromolekularen Monomeren die angegebene Reihenfolge von Verfahrensschritten eingehalten wird, um bezüglich
der günstigen Eigenschaften in den Pfropfmischpolymeren optimale Ergebnisse zu erzielen. Gemäß einer weiteren
speziellen Ausführungsform der Erfindung kann man die vorstehend beschriebenen mischpolymerisierbaren makromolekularen
Monomeren mit einer Endgruppe, die zwei funktionelle Gruppen
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mit im wesentlichen äquivalenter Reaktionsfähigkeit bei einer Kondensationsmischpolyinerisation aufweist, mit einem Gemisch
aus mindestens zwei verschiedenen kondensierbaren difunktionellen Comonomeren umsetzen. Dabei erhält man ein Pfropf—
mischpolymer mit einem Rückgrat aus polymerisierten Einheiten
der Endgruppe des copolymer!sierbaren makromolekularen
Monomers und der difunktionellen Comonomeren sowie an diesem Rückgrat hängenden polymeren Seitenketten aus den copoly—
merisierten makromolekularen Monomeren. Wahlweise kann man die mischpolymerisierbaren makromolekularen Monomeren mit
vorgeformten Polymersegmenten umsetzen, die durch Umsetzung von mindestens zwei verschiedenen kondensierbaren <iifunktio—
nellen Comonomeren erhalten werden und an jedem ihrer beiden Enden eine funktionelle Gruppe aufweisen, die mit den funktionellen
Gruppen der Endgruppe des mischpolymerisierbaren
makromolekularen Monomere reagieren kann. Bei dieser Methode kann man Polymersegmente vorbestimmter Größe verwenden und
dadurch die Verteilung der Seitenketten längs des Rückgrates regeln.
Der Ausdruck "Kondensationspolymerisation" soll in der Beschreibung
und den Ansprüchen eine Stufenreaktion bezeichnen. Während
üblicherweise von einer Kondensationspolymerisation nur dann gesprochen wird, wenn bei der fraglichen Umsetzung ein kleines Molekül,
wie Wasser oder Salzsäure, austritt bzw. abgespalten wird, umfaßt diese Bezeichnung in Bezug auf die Erfindung auch Reaktionen,
wie beispielsweise die Umsetzung eines Diisocyanate mit einem Glycol, bei der während der Polymerisation kein kleines
Molekül freigesetzt wird. Entsprechend wird auch der Ausdruck "kondensierbare Comonomere" in der Beschreibung und den Ansprüchen
zur Bezeichnung aller Comonomeren benutzt, die an einer Kondensationspolymerisation in dem vorstehend definierten
Sinn teilnehmen können.
Die verschiedenen, für die Zwecke der Erfindung verwendbaren kondensierbaren difunktionellen Comonomeren sind dem Fachmann
wohlbekannt. Eines der difunktionellen Comonomeren ist
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vorzugsweise eine Verbindung der allgemeinen Formel
X-L-X II,
in der X für eine Gruppe bzw. einen Rest der Formel
-CO0H, -COCl, -NCO, -SO Cl, -OCOCl oder
2 P ff
-CO2R", z.B. -OC-R" oder -C-OR",
worin R" ein Alkylrest ist, und L eine aliphatische Gruppe oder eine Aryl- oder Aralkylgruppe bedeutet. Vorzugsweise
ist L ein Alkylenrest mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, ein
Phenylenrest, ein substituierter Phenylenrest mit 7 bis 12
Kohlenstoffatomen, ein Bis-phenylenrest oder ein Bis-phenylen—
methanrest, wie Bis—phenol A.
Das andere difunktionelle Comonomer ist vorzugsweise eine Verbindung
der allgemeinen Formel
Y-M-Y III,
in der Y eine Gruppe der Formel -OH, -NH_ oder -SH und M eine
aliphatische Gruppe, eine Aryl- oder Aralkylgruppe bedeutet. Vorzugsweise ist M ein Alkylenrest mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen,
ein Phenylenrest, ein substituierter Phenylenrest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen, ein Bis-phenylen- oder ein Bisphenylen-methanrest,
wie Bisphenol A.
Die vorstehend beschriebenen kondensierbaren !difunktionellen
Comonomeren der allgemeinen Formelnll und III (und ähnliche
Comonomere) können miteinander unter Bildung von Kondensationspolymeren
reagieren. Durch Abbrechen der makromolekularen Monomeren mit einem eine geeignete Endgruppe liefernden Abbruch—
mittel erhält man mischpolymerisierbare makromolekulare Monomere, die ebenfalls an der Kondensationsmischpolymerisationsreaktion
mit den difunktionellen Comonomeren der allgemeinen Formel II und/oder III teilnehmen können. Auf diese Weise kann
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man ein Pfropfmischpolymer mit einem Kondensationspolymer-Rückgrat
und Additionspolymer-Seitenketten herstellen.
Ein Pfropfmischpolymer mit einem Polyester-Rückgrat und Polystyrol-Seitenketten
kann man beispielsweise durch Umsetzen einer Dicarbonsäure oder eines Disäurechlorids, wie Malonsäure
oder Malonyldichlorid, mit einem Glycol, wie Äthylen— oder Propylenglycol, und makromolekularen Polystyrolmonomeren
mit einer Dicarbonsäure-, Dicarbonsätirehalogenid— oder Diolendgruppe
herstellen. Entsprechend kann man ein Pfropfmischpolymer mit einem Polyamid-Rückgrat und Polybutadien-Seitenketten
herstellen, indem man ein Diamin, wie Hexamethylendiamin, mit einer Disaure oder einem Disäurechlorid, wie
Adipoyldichlorid, und einem makromolekularen Polybutadien-Monomer mit einer Disäure-, Disäurehalogenid- oder Diarainendgruppe
umsetzt. Wahlweise läßt sich natürlich auch ein Pfropfmischpolymer mit einem Polyurethan-Rückgrat und Polyisopren-Seitenketten
herstellen, indem man ein Diisocyanat, wie Äthylen oder Tolylendiisocyanat, mit einem Glycol, wie
Äthylenglycöl, und einem makromolekularen Polyisopren-Monomer
mit einer Diisocyanat- oder Diolendgruppe umsetzt.
Durch entsprechende Wahl der verschiedenen difunktionellen
kondensierbaren Comonomeren und der Endgruppen an den makromolekularen
Monomeren können auch Pfropfmischpolymere hergestellt
werden, die ein Polyharnstoff-, Polyacetal-, ungesättigtes
Polyester- oder Polycarbonat-Rückgrat besitzen.
Die Pfropfmischpolymeren der Erfindung können auch dadurch
hergestellt werden, daß man zunächst durch Umsetzen der entsprechenden verschiedenen kondensierbaren difunktionellen
Comonomeren Polymersegmente bzw. -blöcke der als Rückgrat
jeweils gewünschten Art herstellt, z.B. indem man ein Diamin mit einem Disäurechlorid zu einem Polyamidsegment umsetzt.
Bei der Herstellung dieser vorgebildeten Polymersegmente wird ein kleiner Überschuß eines der kondensierbaren Comonomeren.
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das mit der Endgruppe des makromolekularen Monomers reagieren
kann, eingesetzt. Man erhält somit PolymerSegmente, die an jedem Ende eine funktioneile Endgruppe besitzen, die mit der
Endgruppe des mischpolymerisierbaren makromolekularen Monomers
reagieren kann. Diese vorgeformten Polymersegmente werden dann mit makromolekularen Monomeren mit geeigneter Endgruppe
zu Pfropfmischpolymeren umgesetzt. Beispielsweise kann
man Adipoyldichlorid mit Hexamethylendiamin, das in einem kleinen molaren Überschuß eingesetzt wird, zu Polyamidsegmenten umsetzen, die an jedem Ende eine Amingruppe aufweisen.
Diese Polyamidsegmente werden dann mit makromolekularen Polystyrol-Monomeren mit einer Dicarbonsäurechloridendgruppe
zu chemisch verknüpften, phasenseparierten Pfropfmischpolymeren mit einem Polyamid-Rückgrat und Polystyrol-Seitenketten
umgesetzt.
Die Kondensationsmischpolymeren können nach einer Vielzahl verschiedener Kondensationspolymerbationstechniken hergestellt
werden. Beispielsweise kann die Kondensationspolymere sation in Lösung durchgeführt werden. Das hierfür verwendete
Lösungsmittel muß gegenüber beiden kondensierbaren difunktionellen Comonomeren und der Endgruppe des mischpolymerisierbaren
makromolekularen Monomers inert sein. Beispiele geeigneter Lösungsmittel sind Benzol, Toluol, Cyclohexan usw..
So kann man beispielsweise ein Pfropfmischpolymer mit einem Polyester-Rückgrat durch Umsetzen von Adipoyldichlorid, Hexamethylendiamin
und makromolekularen Monomeren mit einer Disäurechlorid- oder Diaminendgruppe in einem inerten Lösungsmittel
herstellen. Pfropfmischpolymere mit einem Polyurethan-, Polyamid-, Polyharnstoff- oder Polycarbonat-Rückgrat können
erfindungsgemäß ebenfalls hergestellt werden.
Die Polymerisation der zwei verschiedenen kondensierbaren Comonomeren und des abgebrochenen makromolekularen Monomers
kann auch nach der dem Fachmann wohlbekannten Schmelztechnik durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform der sogenannten
"Schmelztechnik" werden die Reaktanten in einem Autoklaven
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- af -
unter vermindertem Druck erhitzt. Diese Technik kann beispielsweise
zur Herstellung von Pfropfmischpolymeren mit einem Polyester- oder Polyamid-Rückgrat angewandt werden. Beispielsweise
kann man unter diesen Bedingungen Dimethylterephthalat, Äthylenglycol und makromolekulare Monomere mit einer 2-Methylmalonsäurediäthylesterendgruppe
zu einem Pfropfmischpolymer
mit einem Poly-(äthylenterephthalat)-Rückgrat umsetzen. Nach
dieser Technik lassen sich unter Verwendung von Hexamethylendiamin, Adipoyldichlorid und makromolekularen Monomeren
mit einer Disäurechlorid- oder Diaminendgruppe Pfropfmischpolymere
mit einem Poly-(hexamethylenadipamid)-Rückgrat herstellen. Wie bereits erwähnt, ist diese Technik dem Fachmannvertraut
(vgl. z.B. FiW. Billraeyer, Jr., Textbook of Polymeric Science (2. Ausgabe), Kap. 15» Seiten ^3 bis 67,
auf das hiermit Bezug genommen wird).
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kondensations—Pfropfmischpolymeren
kann auch eine Grenzflächenkondensationstechnik angewandt werden. Bei dieser Methode wird eines der kondensierbaren
difunktionellen Comonomeren, gewöhnlich ein Diol oder
ein Diamin, wie Äthylenglycol oder Hexamethylendiamin,in einer wäßrigen Flüssigkeit gelöst. Die wäßrige Flüssigkeit enthält
üblicherweise einen Säurealczeptor oder einen Puffer. Das zweite
kondensierbare difunktioneile Comonomer, gewöhnlich ein
Disäurechlorid, wie Adipoyldichlorid, und ein makromolekulares Monomer mit einer Disäurechloridendgruppe werden in einer
organischen Flüssigkeit gelöst. Dann bringt man die organische und die wäßrige Phase miteinander in Berührung, wobei an der
Grenzfläche der beiden Phasen ein Polymer entsteht. Mit dieser Technik lassen sich Pfropfmischpolymere mit sehr hohem Molekulargewicht
herstellen. Das gebildete Pfropfmischpolymer kann in Form eines endlosen Films oder Fadens abgezogen werden.
Durch fachmännische Auswahl der Endgruppe des mischpolymerisierbaren
makromolekularen Monomers kann man nach dieser Technik Pfropfmischpolymere mit einem Polyamid-,' Polyurethan-,
Polyharnstoff- oder Polyester-Rückgrat herstellen.
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Die Temperatur, bei der die Mischpolymerisationsreaktion durchgeführt wird, variiert stark und hängt von der Struktur
der verschiedenen, jeweils verwendeten kondensierbaren difunktionellen Comonomeren und der Endgruppe des mischpolymerisierbaren
makromolekularen Monomers ab. Beispielsweise findet die Umsetzung eines Diamins, wie Hexamethylendiamin,
mit einem Disäurechlorid, wie Adipoyldichlorid, und einem makromolekularen Monomer mit einer Disäurechloridendgruppe
bei Raumtemperatur statt. Die Umesterungsreaktion zwischen einem Diester, wie Dimethyltherephthalat, einem
Glycol, wie Äthylenglycol und einem makromolekularen Monomer mit einer Diester-, z.B. einer 2-Methylmalonsäurediäthylesterendgruppe,
erfordert dagegen die Anwendung von erhöhten Temperaturen, d.h., daß die Reaktion bei einer Temperatur von
etwa 200 bis 3000C durchgeführt wird.
Die für die Zwecke der Erfindung zu verwendenden Lösungsmittel sind ebenfalls je nach der zur Durchführung der
Kondensationsmischpolymerisation jeweils angewandten Technik, der Struktur der verschiedenen kondensierbaren difunktionellen
Comonomeren und der Endgruppe am eingesetzten makromolekularen Monomer unterschiedlich. In einigen Fällen, beispielsweise
wenn nach der Schmelztechnik gearbeitet wird, ist überhaupt
kein Lösungsmittel erforderlich. In anderen Fällen, in denen nach der Schmelztechnik gearbeitet wird, kann eines der kondensierbaren
Comonomeren als Lösungsmittel verwendet werden.
Wenn die Grenzflächenpolymerisationstechnik angewandt wird,
kann als organische Phase jedes geeignete Lösungsmittel verwendet werden, das mit Wasser nicht mischbar ist, das verwendete
mis chpolymerisierbare makromolekulare Monomer und mindestens eines der kondensierbaren difunktionellen Monomeren
löst und mit der Endgruppe des mischpolymerisierbaren
makromolekularen Monomers und den kondensierbaren difunktionellen Comonomeren nicht reagiert. Beispiele von für die
Grenzf läclienkondensationstechnik geeigneten Lösungsmitteln sind u.a. Benzol, Toluol, Cyclohexan usw..
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Ein die Vorteile der Erfindung erläuterndes Beispiel ist die erfindungsgemäß gegebene Möglichkeit, die vorteilhaften
Eigenschaften von Polystyrol mit den vorteilhaften Eigenschaften eines Polyesters zu kombinleren, obwohl diese
Polymeren normalerweise miteinander unverträglich sind und ein Gemisch dieser Polymeren an sich in der Regel nicht brauchbar
ist. Beispielsweise lassen sich die Polyester selbst bzw. allein gewöhnlich nur schlecht anfärben. Wenn man nun nach
dem Verfahren der Erfindung makromolekulare Monomere mit Diol-, Diester-, Dicarbonsäure- oder Disäurechloridendgruppen
mit entsprechenden kondensierbaren difunktionellen Comonomeren zu einem Pfropfmischpolymer mit Polystyrol-Seitenketten
und einem Polyester-Rückgrat polymerisiert, so wird dadurch die Anfärbbarkeit des Polyesters verbessert. Durch den Einbau
der Polystyrol-Seitenketten in das kristalline Polyester-Rückgrat
wird dem Polyester außerdem ein verbessertes Schmelzfließverhalten verliehen, das sich beim Ausformen bzw. Gießen
günstig auswirkt.
Durch den Einbau der mischpolymerisierbaren makromolekularen Monomeren als Seitenketten in kristalline Kondensationspfropfmischpolymere
oder Kondensationsmischpolymerer mit hoher Tg (high condensation copolymers), z.B. kristalline
Polyacetal-, Polyamid- und Polycarbonatkondensationsmischpolymere, lassen sich deren Schmelzfließeigenschaften verbessern.
Dies wird vorzugsweise durch Verwendung mischpoly— merisierbarer makromolekularer Monomerer erreicht, die ein
konjugiertes Dien oder ein hydriertes konjugiertes Dien enthalten, z.B. makromolekulare hydrierte Polyisopren-Monomere.
Durch den Einbau von Seitenketten aus makromolekularen Monomeren in solche Kondensationsmischpolymere läßt sich auch
die Anfärbbarkeit einiger Polyamide und Polyacetale verbessern.
Die Pfropfmischpolymeren der Erfindung können als "Legierungsmittel11 zum Verbinden eines oder mehrerer unverträglicher Polymerer
verwendet werden. Die Pfropfmischpolymeren der Erfindung
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können auch zur Herstellung einer Vielzahl verschiedener
Polymergemische verwendet werden, wobei man die Eigenschaften
der Pfropfraischpolymeren mit denen anderer Polymerer, wie
Polyacetalen, Acrylpolymerisaten, Polyacrylnitrilen, Alkydharzen, Aminoharzen, Butylkautschuken, Epoxydharzen, Äthylen-Propylenelastomeren,
Polyfluorkohlenwasserstoffen,
Phenolharzen, Polyamiden, Polybutadien, Styrol-Butadienkautschuken (SBR rubbers), Polybutenen, Polycarbonaten, Estern,
Polyäthylen, Polypropylen, Polyimiden, Polystyrolen, Sulfonharzen, Polyurethanen, Polyvinylacetaten, Polyvinylalkoholen,
Polyvinylchlorid usw., kombinieren kann.
Bei der Verwendung der Pfropfmischpolymeren der Erfindung
als Legierungsmittel oder bei der Herstellung von Polymergemischen mischt man die Pfropfmischpolymeren in an sich bekannter
Weise bzw. nach an sich bekannten Verfahren, wie Trok— kenvermahlung, Heißschmelzen usw., mit einem oder mehreren
anderen Polymeren der vorstehend beschriebenen Art. Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäßes Pfropfmischpolymer dabei in
einer Menge zugesetzt, die einem Anteil von etwa 1 bis 50 Gew.
Pfropfmischpolymer, bezogen auf das Polymergemisch oder die legierte Polymermasse, entspricht, so daß das Gemisch bzw.
die Polymermasse etwa 99 bis etwa 50 Gew.-^ mindestens eines
anderen Polymers der vorstehend beschriebenen Art enthält.
Die Pfropfmischpolymeren der Erfindung können auch in Kombination
mit anderen Materialien, wie Glas, Fiberglas, Stahl oder Ruß, verwendet werden.
Die Beispiele erläutern die Erfindung, sind jedoch keinesfalls in irgendeiner Beziehung als Beschränkung zu verstehen.
Die verwendeten Materialien sollten sämtlich rein sein. Außerdem ist, außer wenn ausdrücklich etwas anderes angegeben ist,
darauf zu achten, daß die umgesetzten Gemische trocken und frei von Verunreinigungen gehalten werden. Alle Angaben in
Teilen und Prozenten beziehen sich, soweit nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, auf das Gewicht.
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Beispiel 1
Herstellung eines mit einer funktioneilen Diestergruppe abgebrochenen
Polystyrols.
In einem Reaktor aus rostfreiem Stahl werden 2,7 Ltr. durch
Behandeln mit Linde-Molekularsieben und Calciumhydrid 'vorgetrocknetes,
analysenreines (ACS grade) Benzol (Thiophen-frei)
vorgelegt. Dann wird der Reaktorinhalt auf kO C erwärmt, worauf
0,1 ml Diphenyläthylen mittels einer Pravazspritze zugegeben werden. Dann werden 0,5 ml einer 12,1^igen Lösung
von sek.-Butyllithium in Hexan portionsweise zugegeben, bis eine bleibende blaßgelbe Färbung auftritt, worauf insgesamt
^2,3 ml der sek.-Butyllithium-Lösung und danach 819 g gereinigtes
Styrol im Laufe von 15 Min. zugegeben werden. Die Reaktortemperatur
wird bei Uo C gehalten. Das lebende Polystyrol
wird durch Zugabe von Äthylenoxyd maskiert und dann über Nacht bei 20 C stehengelassen. Dann wird das Reaktionsgemisch
auf '+O C erwärmt, worauf man 19,5 n»l 2-Brom-2-methylmalonsäurediäthylester
zugibt. Hierauf wird das Gemisch zunächst eine Stunde bei 38 bis ^2°C gehalten, dann auf 50°C
erhitzt, eine weitere Stunde bei dieser Temperatur gehalten und dann abgekühlt. Die dabei erhaltenen mischpolymerisierbaren
makromolekularen Monomeren werden durch Eingießen der Polystyrol-Benzollösung in Methanol unter kräftigem
Rühren ausgefällt. Zur Entfernung von nichtumgesetztem Ester werden die Feststoffe insgesamt dreimal abgetrennt, in Benzol
aufgelöst und dann wieder ausgefällt. Dann trocknet man das Produkt 16 Std. bei 60°C unter vermindertem Druck. Das
Molekulargewicht der so erhaltenen makromolekularen Monomeren wird durch Gelpermeationschromatographie bestimmt, wobei sich
zeigt, daß das Molekulargewicht 16 000 beträgt und das Produkt
eine zweite Komponente in einer Menge von etwa 13 $ enthält, die ein Molekulargewicht von etwa 30 000 besitzt.
Das Verhältnis Mw/Mn des wie vorstehend angegeben hergestellten makromolekularen Monomers wird mit 1,133 bestimmt. Andere
gesagt, liegt das Mw/Hn-Verhältnis nicht wesentlich über etwa
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1,1. Die nach dieser Arbeitsweise erhaltenen makromolekularen Monomeren besitzen die Strukturformel
C - OC2H5
- C - CH3
C - OC2H1.
0
in der I ein sek.-Butylrest und R ein Wasserstoffatom ist.
Die Funktionalität bzw. der Gehalt der wie vorstehend angegeben hergestellten makromolekularen Monomeren an ι Diester—
endgruppen wird dann durch Bestimmung ihres Verseifungsäquivalents nach folgender Methode ermittelt:
Eine Lösung von kO g des makromolekularen Monomers in 320 ml
eines Gemisches aus Benzol und Methanol im Verhältnis 15 * 1
wird mit 25 ml einer 0,5normalen Lösung von Natriumhydroxyd
in Methanol versetzt. Die dabei erhaltene Lösung wird 2 Std. " unter Rückfluß zum Sieden erhitzt. Dann wird die Lösung abgekühlt
und unter Verwendung eines schreibenden Titrationsgeräts mit einer 0,5normalen Lösung von Chlorwasserstoffsäure
in einem Gemisch aus Äthylenglycol und Isopropanol im Verhältnis 1 : 1 titriert. Der Estergruppengehalt wird dann
aus der bei der Verseifungsreaktion verbrauchten Natriumhydroxydmenge errechnet. Das dabei erhaltene Ergebnis zeigt, daß der
Estergruppengehalt der makromolekularen Monomeren 81 % der Theorie beträgt.
Beispiel 2
Herstellung eines Polystyrols mit einer funktionellen Diester—
endgruppe.
In einem Reaktor aus korrosionsbeständigem Stahl werden 2,6 Ltr. trockenes ,gereinigtes Benzol vorgelegt und auf i*0°C erhitzt,
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worauf man mittels einer Pravazspritze (Spritze für subkutane Injektionen) 0,1 ml Diphenyläthylen
zugibt. Hierauf werden ein paar Tropfen einer Lösung von sek.-Butyllithium im Hexan zugesetzt, bis eine dauernde
blaßgelbe Färbung auftritt. Anschließend gibt man 35 ml
einer 13»65$igen Lösung von sek.-Butyllithium in Hexan in
den Reaktor, worauf im Laufe von 15 Min. 763 g gereinigtes
Styrol zugegeben werden. Die Reaktortemperatur wird bei ^O C
gehalten. Das lebende Polystyrol wird hierauf maskiert, indem man aus einer Gasflasche 15 Min. lang gasförmiges Äthylenoxyd
einleitet. 1100 g der dabei erhaltenen Lösung werden dann
langsam unter Rühren in eine Lösung von 20 ml 2-Brom-2-methylmalonsäurediäthylester
in 200 g gereinigtem Benzol eingegossen. Die Temperatur wird bei 38 bis 40 C gehalten. Die Zugabe
dauert eine Stunde. Das dabei erhaltene Reaktionsgemisch läßt man über das Wochenende bei Raumtemperatur stehen.
Dann werden die mischpolymerisierbaren makromolekularen Monomeren
durch Eingießen der Polystyrol-Benzollösung in Methanol unter kräftigem Rühren ausgefällt. Der Niederschlag wird
abgetrennt, in Benzol gelöst und wieder ausgefällt, wobei diese Fällung noch zweimal wiederholt wird, um nicht-umgesetzten
Ester zu entfernen. Das durch Gelpermeationschromatographie bestimmte Molekulargewicht der Monomeren beträgt
17 000, wobei 5 bis 6 % einer zweiten Komponente mit einem
Molekulargewicht von etwa 3k 000 vorhanden sind, d.h., daß
das Verhältnis von Mw/Mn weniger als etwa 1,1 beträgt. Das Verseifungsäquivalent wird wie in Beispiel 1 beschrieben bestimmt.
Die dabei erhaltenen Ergebnisse lassen erkennen, daß die wie vorstehend beschrieben hergestellte! makromolekularen
Monomeren einen praktisch der Theorie entsprechenden Ester— gruppengehalt besitzen. Die wie vorstehend angegeben hergestellten
makromolekularen Monomeren besitzen folgende Strukturformel:
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' . CH -CH--CH
3 2 I
CH
Beispiel 3
Il c
I c
OC2H5
- CH.
OC2H5
Beispiel 2 wird im wesentlichen identisch wiederholt, wobei
abweichend davon Chlormalonsäurediäthylester anstelle des 2T-Brom-2-methylmalonsäurediäthylesters verwendet wird. Das
Molekulargewicht der dabei erhaltenen makromolekularen Monomeren beträgt 16 000 und das Verhältnis von Mv-/Mn liegt unter
etwa 1,1. Aus den bei der Bestimmung des Verseifungsäquivalents
in der in Beispiel 1 angegebenen Weise erhaltenen Ergebnissen ist zu ersehen, daß der Estergruppengehalt der makromolekularen
Monomeren 71 $ der Theorie entspricht. Die wie vorstehend angegeben
hergestellten makromolekularen Monomeren besitzen folgende Strukturformel:
TCH-
CH2 - CH
CH2CH2O
-Ah
C - OC2H5
- OC2H5
Beispiel
k
Beispiel 2 wird im wesentlichen identisch wiederholt, vobei
jedoch abweichend davon Brombernsteinsäuredimethylester anstelle des 2-Brom-2-methylmalonsäurediäthylesters verwendet
wird. Das Molekulargewicht der dabei erhaltenen makromoleku laren Monomeren beträgt 17 000, wobei etwa 6 Ji des Materials
ein Molekulargewicht von ungefähr 3k 000 aufweisen, d.h., daß
das Verhältnis Rw/fin weniger als etwa 1,1 beträgt. Die bei
der Bestimmung des Verseifungsäquivalents nach der in Beispiel 1
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y.
angegebenen Methode erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß der Estergruppengehalt
der makromolekularen Monomeren 65 % der Theorie
entspricht. Die wie vorstehend angegeben hergestellten makromolekularen Monomeren besitzen folgende Strukturformel:
CH--CHL-,CH
3 2 ,
CH.
-CH-
CH2CH2O
C - OCH-
I
CH
- OCH-
BeJ3piel 5
Beispiel 2 wird im wesentlichen identisch wiederholt, wobei abweichend
davon 2-(5-Bromamyl)-malonsäurediäthylester anstelle des 2-Brom-2-methylraalonsäurediäthylesters verwendet wird.
Die dabei erhaltenen makromolekularen Monomeren besitzen ein Molekulargewicht von 14 500, wobei etwa 1 $ des Materials ein
Molekulargewicht von etwa 29 000 aufweist, d.h., daß das
Verhältnis von Mw/ίΐη weniger als etwa 1,1 beträgt. Das so erhaltene
Material wird dem in Beispiel 1 beschriebenen Verseifungstest unterworfen. Dabei ist bei diesem speziellen Produkt
praktisch keine Funktionalität festzustellen. Es wird angenommen, daß dieses unerwartete Ergebnis darauf zurückzuführen
ist, daß der in Rede stehende spezielle Verseifungstest auf die besonderen Esterendgruppen dieses makromolekularen
Monomers nicht anwendbar ist. Die wie vorstehend angegeben hergestellten
makromolekularen Monomeren besitzen folgende Strukturformel
:
Il
CH3-CH2-CH
CH,
CH2 - CH
C - OC2H5
1
CH
C - OC_H_ h 2 5
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Beispiel 6
Herstellung eines Polystyrols mit einer funktioneilen Diesterendgruppe.
In einem Reaktor aus korrosionsbeständigem Stahl werden 2,7 Ltr,
analysenreines (ACS grade), thiophenfreies und durch Behandeln mit Linde-Molekularsieben und Calciumhydrid getrocknetes
Benzol vorgelegt. Dann wird der Reaktor auf i*0 C aufgeheizt,
worauf man mittels einer Pravazsprdtze 0,06 ml Diphenyl—
äthylen zugibt. Hierauf wird der Reaktor durch Zutropfen
einer Lösung von sek.—Butyllithium in Hexan bis zum Auftreten
einer Gelbfärbung "sterilisiert". Dann gibt man zunächst k2 ml einer 13,65$igen Lösung von sek.-Butyllithium in Hexan
in den Reaktor und setzt nachfolgend im Verlaufe von 15 Min. 810 g gereinigtes Styrol zu, wobei die Reaktortemperatur
bei kO C gehalten wird. Nach weiteren 20 Min. wird das lebende
Polystyrol maskiert, indem man aus einem Zylinder 8 Min. lang gasförmiges Äthylenoxyd einleitet. Nach weiteren
90 Min. wird die Lösung auf 10 C abgekühlt und langsam, im Laufe von 160 Min. in eine Lösung van ^O ml 2-Brom-2-methylmalonsäurediäthylester
in 3OO ml Benzol eingegossen. Die
Gelpermeationschromatographie der so erhaltenen Lösung zeigt, daß 9h °/° des mischpolymerisierbaren makromolekularen Monomers
ein Molekulargewicht von ~\k 500 und 6 c/o der makromolekularen
Monomaren ein Molekulargewicht von etwa 29 000 besitzen, d.h. daß das Mw/Mn-Verhältnis weniger als etwa 1,1
beträgt. Die makromolekularen Monomeren werden isoliert, indem man die Reaktionsgemischlösung unter heftigem Rühren in
einen Überschuß an Methanol eintropft. Der Niederschlag wird abgetrennt und zweimal aus Benzol umgefällt. Das dabei
erhaltene feste Produkt wird in einem Vakuumofen bei 65 C getrocknet. Das Verseifungsäquivalent wird wie in Beispiel 1
beschrieben bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse lassen erkennen, daß der Estergruppengehalt der nach dem -vorstehend
beschriebenen Verfahren hergestellten makromolekularen Monomeren
praktisch der Theorie entspricht. Die wie vorstehend an-
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gegeben hergestellten makromolekularen Monomeren besitzen folgende Strukturformel:
CH,
-CH _ -
Beispiel 7
Herstellung eines Pfropfmischpolymers aus dem makromolekularen
Monomer von Beispiel 2, Äthylenglycol und Dimethylterephthalat.
3 g gemäß Beispiel 2 hergestelltes makromolekulares Monomer,
11 g Äthylenglycol, 12 g Dimethylterephthalat, 0,025 g Calciumacetat
und 0,006 g Antimontrioxyd werden in ein Reagenzglas gegeben. Das Gemisch wird dann in einem Ölbad eine Stunde auf
200 C erhitzt, wobei man einen langsamen Stickstoffstrom durch
die Mischung leitet. Hierauf wird das Reagenzglas in einem Autoklaven zunächst 2 Std. auf 200°C und dann weitere 2 Std.
unter vermindertem Druck (1O Torr)auf 280°C erhitzt. Dann läßt
man das Reaktionsgemisch über Nacht bei Raumtemperatur stehen. Man erhält 12,5 g eines harten Polymers. Eine 10, Ok g schwere
Probe des erhaltenen Pulvers wird in einem Soxhlet-Apparat
16 Std. lang mit siedendem Benzol extrahiert. Dabei lösen sich
2,48 g des Produkts in Benzol. Die benzollösliche Fraktion
wird durch Gelpermeationschromatographie analysiert, wobei sich zeigt, daß 1,21 g, entsprechend k9 °/o des benzollöslichen
Produkts nicht-umgesetztes makromolekulares Monomer mit einem Molekulargewicht von etwa 15 000 sind. 51 °/o oder 1,27 g der
benzollöslichen Fraktion bestehen aus einem Pfropfmischpolytner mit einem Molekulargewicht von etwa 30 000.
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