BE848157A - Catalyse par les acides de lewis de la polymerisation des phosphazenes cycliques. - Google Patents

Catalyse par les acides de lewis de la polymerisation des phosphazenes cycliques.

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Description


  Catalyse par les acides de Lewis de la polymérisation des

  
phosphazènes cycliques.

  
La présente invention concerne la conversion des cyclopolychlorophosphazènes de bas poids moléculaire en polydichlorophosphazènes linéaires de poids moléculaire supérieur.

  
Plus particulièrement, elle se rapporte à l'utilisation de catalyseurs convenables pour améliorer cette polymérisation en l'accélérant tout en diminuant ou en supprimant complètement la formation de gel et en permettant une meilleure maîtrise du poids moléculaire et d'autres propriétés physiques.

  
La polymérisation thermique des polydichlorophospha-zènes de formule (NPC12)n où n représente un nombre entier petit comme 3 ou 4 a déjà été décrite dans les brevets des EtatsUnis d'Amérique n[deg.] 3.370.020 et 3.515.688 et dans divers articles. 

  
Lors du passage de l'appareil de laboratoire en

  
verre à l'usine pilote et à l'atelier semi-industriel, les réacteurs de polymérisation ont jusqu'à présent ont été faits d'acier inoxydable. En raison des températures relativement élevées entretenues pour la polymérisation, les réacteurs en acier inoxydable plutôt que vitrifiés ont été jugés indispensables.

  
Une conséquence indésirable de l'utilisation d'un appareillage en acier inoxydable est la contamination du mélange de polymérisation par de faibles quantités de métaux tels que

  
le chrome, le nickel et le fer qui ont des effets sensibles

  
mais imprévisibles sur la façon dont la polymérisation progresse. Cet effet s'accentue aux températures élevées'en raison du caractère corrosif de certains des composés en présence. Il

  
s'est révélé que les résultats de la polymérisation dans les réacteurs en acier inoxydable diffèrent de ceux de la polymérisation dans les réacteurs en verre et que la gélification

  
des polydichlorophosphazènes linéaires est un inconvénient

  
grave et fréquent du travail dans un appareil en acier inoxydable.

  
De nombreux efforts ont donc été consacrés à la conduite de la polymérisation à des températures plus basses qui permettraient d'utiliser des appareillages vitrifiés qui sont généralement considérés comme exempts de risques à des

  
 <EMI ID=1.1> 

  
La Demanderesse a découvert à présent que la polymérisation désirée peut être exécutée à une température plus basse et plus rapidement au moyen d'acides de Lewis catalytiques. Elle a découvert également que les polymérisations cataly-sées dans les réacteurs en verre ou en acier inoxydable progressent sans qu'il se forme de gel et que le poids moléculaire du produit peut être mattrisé commodément par modification de la concentration en catalyseur. Elle a découvert, en outre, qu'il est possible d'agir dans une certaine mesure sur le spectre de poids moléculaire du polymère résultant en admettant par incréments le catalyseur et/ou les oligomères cycliques dans l'appareil.de polymérisation.

  
On trouvera ci-après des exemples d'acides de Lewis catalytiques qui peuvent s'utiliser suivant l'invention.

  
A. Les composés organométalliques de métaux du groupe IIIA du Tableau Périodique des Eléments,répondant à la formule

  
 <EMI ID=2.1> 

  
ayant une valence de a + b; X représente un radical anionique, par exemple un ion halogénure comme un ion chlorure, et R représente un radical hydrocarboné choisi parmi les radicaux alkyle, aryle, cycloalkyle, .alkaryle et arylalkyle.

  
B. Les composéshalogénés d'éléments non métalliques

  
 <EMI ID=3.1> 

  
la valence de l'élément non métallique et X représentant un halogène, comme le fluor, le chlore ou le brome. Le trifluorure de bore est un exemple d'un tel composé.

  
Une classe d'acides de Lewis catalytiques qui sont particulièrement préférés comprend des composés d'aluminium

  
tels que le triéthylaluminium et d'autres alkylaluminiums,

  
le chlorure de diéthylaluminium, l'oxyde de bis(diéthylaluminium), l'éthylate de diéthylàluminium et divers autres composés de

  
 <EMI ID=4.1> 

  
1 ou 2, a et b représentent 0, 1, 2 ou 3, la somme de a et de b étant égale à 3n et Q et Z sont à choisir parmi les radicaux alkyle, les atomes d'halogène et en particulier de chlore,

  
 <EMI ID=5.1>  

  
Même le trichlorure d'aluminium s'est révélé avoir une certaine activité catalytique pour la polymérisation, mais son efficacité semble être fortement influencée par sa pureté. Le trichlorure d'aluminium fraîchement purifié a une activité catalytique très faible, mais celle-ci augmente après un certain temps de repos ou sous l'effet d'impuretés.

  
L'invention est davantage illustrée par les exemples non limitatifs ci-après.

  
On introduit le dichlorophosphazène trimère cyclique

  
 <EMI ID=6.1> 

  
en verre propres et secs contenus dans une enceinte sèche.

  
On fait alors le vide dans les tubes et on les scelle tandis qu'ils communiquent avec l'appareil à vide. On maintient les tubes scellés et leur contenu alors aux températures indiquées au tableau I pendant les durées précisées, après quoi on recueille le contenu des tubes par sublimation. Les résultats obtenus sont résumés au tableau I. 

  

 <EMI ID=7.1> 


  

 <EMI ID=8.1> 


  

 <EMI ID=9.1> 
 

  
Dans l'exemple ci-après, on introduit le trimère dans un réacteur en acier inoxydable n[deg.] 316 en atmosphère inerte, puis on amène le réacteur à la température de réaction de 205[deg.]C en environ 90 minutes. On effectue alors la polymérisation à 205[deg.]C en prélevant des échantillons aux moments indiqués. On détermine le pourcentage de conversion, la viscosité en solution diluée et le pourcentage de gel sur ces échantillons. Le dernier échantillon est formé par le reste du produit de polymérisation que contient le réacteur.

TABLEAU II

  

 <EMI ID=10.1> 


  
* la quantité de gel peut être plus élevée, le gel tendant à

  
adhérer à l'agitateur et étant difficile à recueillir quantitativement.

  
On répète l'essai en prenant comme catalyseur de l'éthylate de diéthylaluminium qui conduit aux résultats rassemblés au tableau III. Pour cette polymérisation, on utilise 0,00015 mole de catalyseur pour 100 g de trimère. 

TABLEAU III

  

 <EMI ID=11.1> 


  
On peut recueillir le produit de différentes façons. Un procédé préféré consiste à laisser refroidir le réacteur suffisamment, après quoi il est possible de dissoudre le polydichloropho sphazène dans un mélange de solvants ou un solvant

  
et d'extraire le produit du réacteur par rinçage.

  
Dans les essais effectués dans un réacteur en acier inoxydable, on recueille le polymère en laissant le réacteur refroidir jusqu'à 130[deg.]C ou à une température plus basse, puis en y introduisant un mélange de benzène et d'un composé polaire tel que le pentanol. Ce mode opératoire préféré fait l'objet

  
du brevet de même date de la Demanderesse intitulé "Utilisation d'alcools comme auxiliaires pour la dissolution des polydichlorophosphazènes" et consiste à introduire un mélange de pentanol

  
et de benzène dans le réacteur après que celui-ci a été refroidi jusqu'à une température égale ou inférieure à 130[deg.]C. Le benzène seul ne permet pas de dissoudre le polymère. Une addition de

  
 <EMI ID=12.1> 

  
solution totale du polymère. Cette solution du polymère peut alors être manipulée aisément pour toute opération de transfert et aussi mise à réagir avec des solutions de divers réactifs nucléophiles, comme un alcoolate de sodium dans le tétrahydrofuranne. D'autres liquides polaires peuvent remplacer le pentanol.

  
La présente invention a, en particulier, pour but de permettre la conduite d'une polymérisation catalytique à des températures beaucoup inférieures à 205[deg.]C et de préférence atteignant à peine 1700C pour que les opérations puissent être exécutées dans un appareillage vitrifié plutôt que dans des réacteurs en acier inoxydable. Le tableau IV rassemble les résultats de polymérisations exécutées à l70[deg.]C - 180[deg.]C.

TABLEAU IV

  

 <EMI ID=13.1> 


  
L'invention a aussi pour but de permettre la conduite reproductible des polymérisations catalytiques dans des réacteurs en acier inoxydable sans formation de quantités sensibles de gel. Le tableau V rassemble les résultats de quatre autres polymérisations. Les trois premières de ces polymérisa-

  
 <EMI ID=14.1> 

  
quatrième n'est pas catalysée. 

TABLEAU V

  

 <EMI ID=15.1> 
 

  
TABLEAU V (suite)

  

 <EMI ID=16.1> 


  
Les polymères que donnent ces polymérisations cataly-

  
 <EMI ID=17.1> 

  
lyse. Les polydichlorophosphazènes peuvent être' convertis en dérivés utiles-par réaction avec des alcoolàtes métalliques après la polymérisation comme décrit dans les brevets des Etats-Unis  d'Amérique n[deg.] 3.370.020 et 3.515.688. Ces dérivés utiles peu-  vent être obtenus au départ des polydichlorophosphazènes pré-  parés suivant l'invention.. 

  
Les propriétés des dérivés de ces polydichlorophospha-  zènes sont indiquées au tableau VI. 

TABLEAU VI

  

 <EMI ID=18.1> 


  
 <EMI ID=19.1> 

  
température.

  
2. L'alcoolate est ajouté lentement au (NPC12)n à la tempé- rature ambiante.

  

 <EMI ID=20.1> 


  
Comme indiqué, d'autres acides de Lewis peuvent remplacer les composés de l'aluminium dans les exemples ci-dessus, ainsi qu'il ressort du tableau VII ci-après. 

TABLEAU VII

  

 <EMI ID=21.1> 


  
La quantité de catalyseur utilisée dépend dans une certaine mesure de la nature du catalyseur et de celle du produit recherché. Pour obtenir un polymère de bas poids moléculaire, on peut prendre jusqu'à 0,01 mole de catalyseur pour

  
100 g de trimère. Un intervalle utile pour la préparation de polydichlorophosphazène s élastomères intéressants est de 0,0001 à

  
 <EMI ID=22.1> 

  
préférée étant d'environ 0,00022 mole de catalyseur pour 100 g de trimère. De plus, il est possible d'obtenir des résultats analogues avec des mélanges de catalyseurs plutôt qu'un catalyseur unique. Au lieu du trimère cyclique utilisé dans les exemples ci-dessus, il est possible de partir du tétramère cyclique, de mélanges du trimère cyclique et du tétramère cyclique et d'autres oligomères cycliques jusqu'à l'héptamère cyclique et les mélanges de ces oligomères peuvent être polymérisés en polydichlorophosphazènes sensiblement linéaires d'un indice de polymérisation de 10 à environ 50.000. 

REVENDICATIONS

  
1.- Procédé de polymérisation d'un polydichlorophosphagène cyclique de formule (NPC12)&#65533; où n représente un nombre entier inférieur à 7, caractérisé en ce qu'on chauffe le polydichlorophosphazène en présence d'un catalyseur comprenant un acide de Lewis pour obtenir un polydichlorophosphazène sensiblement linéaire de formule (NPClp) . où m a une valeur d'environ 10 à 50.000.

Claims (1)

  1. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur est un composé de l'aluminium.
    3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le -composé d'aluminium est choisi parmi les alkylaluminiums, les alcoolates d'aluminium, les halogénures d'aluminium et hydrures d'aluminium, leurs mélanges et les composés comprenant deux radicaux à choisir parmi les radicaux alkyle, alkoxy, halogénure et hydrure. <EMI ID=23.1>
    en ce que la quantité de catalyseur s'élève jusqu'à 0,01 mole pour 100 g de (NPC12)n.
    5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
    en ce que n représente 3 ou 4 ou une combinaison de 3 et 4.
    6.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
    en ce que la température de polymérisation s'élève jusqu'à environ 290[deg.]C.
    7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé
    en ce que la température de polymérisation est d'environ 170[deg.]C.
    <EMI ID=24.1>
    en ce que la quantité de catalyseur est d'environ 0,0001 à 0,0005 mole pour 100 g de (NPC12)n. <EMI ID=25.1>
BE172213A 1975-08-22 1976-11-09 Catalyse par les acides de lewis de la polymerisation des phosphazenes cycliques. BE848157A (fr)

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JP51099556A JPS5244900A (en) 1975-08-22 1976-08-20 Process for polymerizing cyclic chlorophosphasen
NLAANVRAGE7609253,A NL173509C (nl) 1975-08-22 1976-08-20 Werkwijze voor het polymeriseren van cyclische fosfazenen.
GB34860/76A GB1506835A (en) 1975-08-22 1976-08-20 Catalysis of phosphazene cyclics to polymer using lewis acids
CA259,560A CA1086024A (fr) 1975-08-22 1976-08-20 Catalyse de la polymerisation de composes a base de polydichlorophosphazene au moyen de composes du type des acides de lewis
DE2637534A DE2637534C2 (de) 1975-08-22 1976-08-20 Verfahren zum Polymerisieren von cyclischen Phosphazenen
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2388010A1 (fr) * 1977-04-18 1978-11-17 Firestone Tire & Rubber Co Polymerisation d'oligomeres de (npcl2) catalysee par des sels metalliques

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