CH510067A - Verfahren zur Herstellung von fluorhaltigen Block- und Pfropfcopolymeren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von fluorhaltigen Block- und PfropfcopolymerenInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von fluorhaltigen Block- und Pfropfcopolymeren Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von fluorhaltigen Block- und Pfropfcopoly- meren.
Von den fluorhaltigen Polymeren weiss man, dass mit ihnen eine wirksame Oberflächenbehandlung von Sub straten durchgeführt werden kann, wie es zum Beispiel in der USA-Patentschrift Nr. 2 803 615 beschrieben ist und woraus hervorgeht, dass die Haltbarkeit von Sub straten durch Zusatz dieser Polymere erhöht werden kann. Die erfindungsgemäss erhältlichen, sich aus Poly mersegmenten zusammensetzenden Mischpolymere sind mindestens so gut und bieten mindestens so grosse Vor teile, insbesondere werden die Löslichkeitseigenschaften wesentlich verändert, und die Haltbarkeit von damit er zielbaren Oberflächenbehandlungen ist gegenüber den früher bekannten Polymeren wesentlich erhöht.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass man ein Monomer der Formel RfP, worin Rf eine Perfluoralkylgruppe der Formel CnF2n+1, wobei n mindestens 4 ist, und P einen eine olefinisch ungesättigte polymerisierbare Gruppe enthaltenden Rest bedeuten, u. ein mono- oder diolefinisch ungesättigtes, von dem fluor- haltigen verschiedenes Monomer verwendet, wobei das Verhältnis der relativen Polymerisationsgeschwindigkei- ten der Monomere mindestens 10:
1 ist, dass man die Monomere im Gemisch miteinander polymerisiert, wobei die Copolymere 0,5 bis 80 Gew.-% mindestens eines Segmentes A und 20 bis 99,5 Gew.-% mindestens eines Segmentes B enthalten, ein Segment A mindestens 4 Ein heiten der Formel RfP und mindestens 30 Gew.-% aus der Gruppe der Formel CnF2n+1 stammendes Fluor und ein Segment B mindestens 5 aufeinanderfolgende Einhei ten des von dem fluorhaltigen verschiedenen Monomers und weniger als 10 Gew.-% aus der Gruppe der Formel CnF2n+1 stammendes Fluor enthält.
Die aus verschiedenen Polymersegmenten bestehen den, erfindungsgemäss herstellbaren Mischpolymere ent halten mindestens ein fluorhaltiges Molekülsegment, das im folgenden Text als Segment A bezeichnet wird, das wiederum selbst aus mindestens 4 fluorhaltigen mono meren Einheiten, im folgenden als a-Einheiten bezeich net, besteht, die eine Perfluoralkylgruppe der allgemeinen Formel: CnF2n+1 enthalten, worin n mindestens 4 und weniger als 20 (vor zugsweise 5 - 10) ist. Das Segment A enthält minde stens 30 - 75 Gew.-% (vorzugsweise 40-70 Gew.-%) Fluor, das von der Perfluoralkylgruppe herrührt.
Die übrigen Segmente, im folgenden als B-Segmente be zeichnet, bestehen hauptsächlich aus polymerisierten, mo nomeren Einheiten von Äthylendoppelbindungen aufwei senden Monomeren, die im folgenden Text als b-Ein- heiten bezeichnet werden und die von den a-Einheiten des Segmentes A verschieden sind. Das Segment B besteht aus mindestens 5 aufeinanderfolgenden b-Ein- heiten und enthält weniger als 10 Gew.-% (vorzugs weise 0-5 Gew.-%) Fluor in den CnF2n+1-Gruppen, in denen n die oben angegebene Bedeutung hat.
Die fol gende allgemeine Formulierung dient zur Erläuterung der aus verschiedenen Polymersegmenten bestehenden Misch polymere: (Segment A)I" (Segment B)p worin m und p ganze Zahlen bedeuten. Das Segment A ist zu 0,5 - 80 Gew.-% und das Segment B zu 20 - 99,5 Gew.-% in dem Makromolekül enthalten.
Diese aus verschiedenen Polymersegmenten bestehen den Mischpolymere können ebenso durch die allgemeine Formel der in ihnen enthaltenen monomeren Einheiten dargestellt werden:
EMI0001.0019
worin a und b die oben definierten Einheiten darstellen; u mindestens 4 ist; v 0 oder eine ganze Zahl ist, so dass das Gewicht von (b)v-Einheiten mindestens 20 Gew.-% von
EMI0002.0000
( Segment A ) ausmacht; w 0 oder eine ganze Zahl ist, so dass das Gewicht von (a)w-Einheiten mindestens 20 Gew.-% von
EMI0002.0001
( Segment B ) ausmacht; x mindestens 5 und y und z ganze Zahlen sind.
Allgemein ausgedrückt sind die erfindungsgemäss her stellbaren aus Polymersegmenten bestehenden Mischpoly mere Block- und Pfropf-Mischpolymere, die eine Viel zahl von Polymersegmenten enthalten. In den Block- Mischpolymeren sind die einzelnen Segmente linear an geordnet, während die Polymersegmente in den Pfropf- Polymeren wie Verästelungen einer Rispe angeordnet sind.
Diese aus verschiedenen Polymersegmenten bestehen den Mischpolymere sind von den homogenen Misch polymeren gut zu unterscheiden. Der in dieser Patent schrift verwendete Ausdruck homogene Mischpolyme re bezeichnet ein Produkt, in dem die monomeren Ein heiten in einem mehr oder weniger zufälligen oder alter nierenden Zustand sind und ferner dadurch gekennzeich net sind, dass nicht mehr als eine Art der Monomer komponenten in langen, ununterbrochenen Folgen in dem Makromolekül vorhanden ist. Die homogenen Misch polymere umfassen praktisch alle normalen Zusammen- setzungen von Mischpolymeren.
Die Verteilung der monomeren Einheiten in solchen Mischpolymeren wird von der relativen Reaktionsfähig keit der Monomeren und ferner von der Konzentration des Monomeren zur Zeit der Polymerisation bestimmt. Die relative Reaktionsfähigkeit>> ist das Verhältnis der Geschwindigkeit, mit der ein wachsendes Mischpolymer das gleiche Monomer addiert, das als aktive endständige Einheit vorhanden ist, zu der Geschwindigkeit, mit der die gleiche endständige Einheit das ungleichartige Mono mer addiert, vorausgesetzt, dass die Monomere in äqui- molaren Konzentrationen vorhanden sind.
Die aus Polymersegmenten bestehenden Mischpoly mere sind in höchstem Grade heterogen. Während die Verteilung der monomeren Einheiten innerhalb der ein zelnen Segmente durch die relative Reaktionsgeschwin digkeit und ihre zur Zeit der Polymerisation vorhandene Konzentration bestimmt werden kann, beeinflusst dieser Parameter jedoch nicht die Folge oder die Lage, in der die Segmente innerhalb des Makromoleküls chemisch ge bunden werden.
Die homogen Mischpolymere haben Eigenschaften, die zwischen den Eigenschaften der Homopolymere der monomeren Komponenten liegen. Die Eigenschaften der homogenen Mischpolymere ändern sich in der Regel in direktem Verhältnis mit der Monomer-Zusammenset zung, zum Beispiel Styrol-Butadien-Mischpolymere.
Es wurde gefunden, dass, wenn chemisch ungleich artige Segmente innerhalb des Makromoleküls gebunden sind, den aus Polymersegmenten bestehenden Misch- polymeren verschiedene ungewöhnliche Eigenschaften verliehen werden, die die analogen homogenen Misch polymeren nicht aufweisen.
Diese segmentierten Mischpolymere sind, wie mehr im einzelnen in der Schweizer Patentschrift Nr. 383 328 beschrieben, anwendbar, um den verschiedensten Sub straten Wasser- und Öl-Abstossungsvermögen und Wi derstandsfähigkeit gegenüber einer Verschmutzung zu verleihen. Faserige, poröse und endlose Oberflächen können mit derartigen Polymeren behandelt werden, wobei man derartige Ergebnisse erzielt.
Zusätzlich zu dem Wasser-, ö1-, und Schmutz-Abstos- sungsvermögen können die segmentierten Mischpolymere zur Erniedrigung der Werte der Oberflächenanziehung und der Reibungskoeffizienten verwendet werden. Ferner können sie als Formtrennmittel und in entsprechende Anwendungen verwendet werden.
Die aus Polymersegmenten bestehenden, nach dem er- findungsgemässen Verfahren erhaltenen Mischpolymere können von den 3 bekannten Polymerklassen, die mo nomere a-Einheiten enthalten (nämlich Homopolyme re, gemischte Polymere und homogene Mischpolymere) durch ihre physikalischen und Löslichkeitseigenschaften und ihre Wirksamkeit bei Oberflächenbehandlungen unterschieden werden.
Die Fluor enthaltenden Homopolymere werden durch ihre Löslichkeit in fluorhaltigen Lösungsmitteln, wie Fluoralkane, Fluor-Chloralkane, Fluoralkyl-substituierten Aromaten und Alkylestern der aliphatischen Perfluorcar- bonsäuren und ihre Unlöslichkeit in den gewöhnlichen Lösungsmitteln, wie Aromaten, chlorierten Alkanen und Aromaten, Ketonen, Estern und Äthern gekennzeichnet. Diese Löslichkeitseigenschaften begrenzen weitgehend ihre Anwendung in Überzugszusammensetzungen, vor allem wegen der hohen Kosten und in vielen Fällen we gen der grossen Flüchtigkeit der fluorierten Lösungsmit tel. Diese Homopolymere sind weiterhin durch ihr Ver mögen, Wasser, Öl und Schmutz abzustossen, das sie den Oberflächen verleihen, gekennzeichnet.
Die gewerbliche Verwendung der fluorhaltigen Homopolymere ist in vie len Anwendungen wegen ihrer hohen Kosten und der Notweidigkeit, ca. 1 Gew.-% des Homopolymeren auf die Oberfläche aufzubringen, um wirksame Behandlungen zu erzielen, begrenzt.
Die gemischten Polymere, d.h. eine mechanische ge mischte oder eine Dispersions-Mischung eines Homo- polymeren, das < < a-Einhe:ten enthält, mit einem Poly mer, das nur b-Einheiten enthält, sind dadurch cha rakterisiert, dass sie unverträgliche Mischungen darstel len und nicht in einem Lösungsmittel zusammen gelöst werden können.
In manchen Fällen ergeben diese Poly mere wirksame Oberflächenbehandlungen, wenn sie aus wässrigen Dispersionen aufgebracht werden, jedoch sind die Oberflächen, die mit den gemischten Polymeren über zogen wurden, durch eine relativ geringe Haltbarkeit ver glichen mit den Oberflächen, die mit den aus Polymer segmenten bestehenden, erfindungsgemässen Mischpoly meren behandelt wurden, gekennzeichnet.
Die homogenen Mischpolymere, die aus a- und b- Einheiten bestehen, haben zum Unterschied von den nur aus a-Einheiten bestehenden Homopolymeren weitge hend verschiedene physikalische und Löslichkeitseigen schaften. Wird eine geeignete Menge von b-Einheiten in das Mischpolymer eingearbeitet, um eine Verringerung der Kosten zu erreichen oder eine wesentliche Verbesse rung der physikalischen und Löslichkeitseigenschaften zu erzielen, dann tritt eine bemerkenswerte Verschlechte- rang der oleophoben und hydrophoben Eigenschaften und der Haltbarkeit auf den mit ihnen behandelten Ober flächen auf.
Die segmentierten Mischpolymere sind befähigt, wirk same Oberflächenbehandlungen innerhalb eines weitge- fassten Bereiches der Zusammensetzung zu geben. Die gewünschte Löslichkeit und die gewünschten physikali schen Eigenschaften der erhältlichen Mischpolymere kön nen durch Variieren der b-Einheiten in den Segmen ten des Makromoleküls erhalten werden. Verschiedene segmentierte Mischpolymere, die erhebliche Gewichte der Segmente aufweisen, die auf Butadien- oder Chloropren- basis aufgebaut sind, sind in aromatischen Lösungsmitteln und chlorierten Alkanen löslich. Weiterhin sind diese Produkte durch eine hohe Flexibilität und eine hohe Ab riebfestigkeit gekennzeichnet.
Die Verwendung von Sty rol als Basis für die Bildung von B-Segmenten schafft ein Produkt, das eine höhere Härte, Erweichungstempe ratur und Löslichkeit in Benzol aufweist. Die Verwen dung von Vinyl-methylketon bei der Bildung von B- Segmenten ergibt ein Produkt von grosser Zähigkeit und Löslichkeit in Dioxan und Aceton.
Wegen der vielen Möglichkeiten, die sich bei der Aus wahl von einer oder mehr b-Einheiten zur Bildung min destens eines B-Segmentes in den Makromolekül bie ten, ist es offensichtlich, dass man aus Polymersegmenten bestehende Mischpolymere herstellen kann, die praktisch jede gewünschte physikalische und Löslichkeitseigen schaft besitzen. Der Einschluss von A-Segmenten , die aus a-Einheiten bestehen, in derartige Makromoleküle verleiht den Verbindungen Oberflächeneigenschaften, die denen der analogen fluorhaltigen Mischpolymere weit überlegen sind. Zum Beispiel wird die Haltbarkeit der Oberflächeneigenschaften von Geweben, die mit aus Polymersegmenten bestehenden Mischpolymeren behan delt wurden, gegenüber dem Trockenreinigen, Tragen und Waschen weitgehend erhöht.
Die Kosten von Oberflächenbehandlungen sind nahe zu direkt von dem prozentualen Fluorgehalt, der von den a-Einheiten herrührt, die auf der Oberfläche abge lagert wurden, abhängig. Da die segmentierten Misch polymere von Natur aus weniger Fluor enthalten als die analogen Homopolymeren der a-Einheiten und ausser- dem häufig leicht für einfache Behandlungen verwendet werden können, kann durch Verwendung erfindungsge- mäss erhältlicher Polymere eine erhebliche Kostenerspar nis erzielt werden.
Die mittels der erfindungsgemäss erhältlichen segmen tierten Mischpolymere erzielbaren Oberflächeneigenschaf ten werden offensichtlich, wenn das Gewicht der A-Seg mente innerhalb des Makromoleküls nur 0,5 Gew.-% des gesamten Molekulargewichts beträgt. Die Vorteile dieser neuen Verbindungsklasse im Vergleich zu den Homopolymeren aus a-Einheiten verschwinden dann, wenn das Gewicht der A-Segmente ca. 80% des Ge samtmolekulargewichts beträgt. Ein besonders zur Be handlung von Geweben geeignetes Produkt ist das, in dem der Anteil an A-Segment im Bereich von 30 bis 60 Gew.-% des Makromoleküls liegt.
Die erfindungsgemäss erhältlichen, aus Polymerseg menten zusammengesetzten Mischpolymere können mit verschiedenen Verfahren erhalten werden. Im allgemei nen sind erforderlich: die Bildung von A- oder B-Seg- menten als Vorpolymer, das entweder durch Initiierung oder Ketten-Transfer-Mechanismus an der anschliessen- den Polymerisationsreaktion, in der verschiedene Seg mente gebildet werden, teilnimmt oder an die vorher ge- bildeten, verschiedenen Segmente in einer anschliessenden chemischen Reaktion chemisch gebunden wird.
Das Vor polymer kann ein Polymer sein, in dem eine oder meh rere monomere Einheiten funktionelle Gruppen enthal ten, die durch Initiierung oder durch Ketten-Transfer- Mechanismus an den Polymerisationsreaktionen teil nehmen.
Konjugierte Diene sind besonders zur Bildung von b-Einheiten geeignet, da die B-Segmente , die auf konjugierten Dienen basieren, sich leicht mit den A-Seg menten während der Bildung der A-Segmente vereini gen. Polymere, die nicht dazu neigen, bei einer weiteren Polymerreaktion mitzuwirken, können als Vorpolymer durch Einarbeitung via Mischpolymerisation eines Mo nomeren, das funktionelle Gruppen aufweist, die an der Initiierung oder beim Ketten-Transfer mitwirken, verwen det werden. Die funktionellen Gruppen können auch durch chemische oder physikalische Modifikation des Vorpolymeren, wie z.
B. durch Peroxydation, Bromie- rung, durch Kneten oder Bestrahlung eingearbeitet werden Gewöhnlich wird das Vorpolymer in Abwesenheit des verschiedenartigen Monomeren in einer ersten Stufe bei der Bildung der aus Polymersegmenten bestehenden Mischpolymere hergestellt. In den Fällen, in denen die a- und b-Monomere sehr verschiedene und auseinan derliegende relative Reaktivitäten aufweisen (z.
B. ein Monomer hat einen Wert von grösser als 1, während das andere Monomer einen Wert von kleiner als 0,1 hat) und das reaktivere Monomer ein Segment bildet, das selbst funktionelle Gruppen enthält, die bei den anschliessenden Polymerisationsreaktionen mitwirken können, dann kön nen solche Monomere gleichzeitig polymerisiert werden, wobei die erfindungsgemässen, aus Polymersegmenten be stehenden Mischpolymere erhalten werden. Chloropren und CF3(CF2)7SO2N(CH2CH3)CH2CH2OCOC(CH3)=CH2 die relative Reaktivitäten von ca. 16 und 0 haben, kön nen gleichzeitig in Gewichtsverhältnissen von 25-75 0 Chloropren zu 75 - 25% CF3(CF2)7SO2N(CH2CH3)CH2CH2OCOC(CH3)=CH2 Molverhältnis 71 - 96% Chloropren, 29 - 4%
EMI0003.0022
polymerisiert werden, wobei segmentierte Mischpolymere, die besonders wertvoll sind, hergestellt werden.
Die seg mentierten Mischpolymere, die in diesen Reaktionen her gestellt wurden, bestehen aus A-Segmenten , die minde stens 80 Gewichts-% der Verbindung der oben angege benen Formel enthalten, und B-Segmenten , die min destens 80% Chloropreneinheiten enthalten. Die Tat sache, dass diese Produkte segmentierte Mischpolymere sind, wird an ihrer Löslichkeit und den Oberflächen eigenschaften deutlich. Werden sie mit Mercaptan-Modi- fikatoren hergestellt, um die Vernetzung des Polymeren zu vermeiden, sind die Produkte in Hexafluorxylol, Ben zol und chlorierten Alkanen vollständig löslich.
(Die glei chen Lösungsmittel können verwendet werden, um quan titativ Mischungen des Homopolymeren von Chloropren und der Verbindung der oben angegebenen Formel zu trennen). Die Ergebnisse, die beispielsweise bei der Be handlung von Geweben mit den aus Polymersegmenten bestehenden Mischpolymeren, die auf diese direkte Weise hergestellt sind, erzielt werden können, sind im Grunde genommen nicht von den mit einem segmentierten Misch polymeren, das durch Polymerisation der Verbindung der oben angegebenen Formel in Gegenwart des Chloro- pren-Vorpolymeren hergestellt ist, erhaltenen zu unter scheiden.
Die allgemeine Strukturformel der erfindungsgemäss erhältlichen fluorhaltigen Monomeren ist RfP, worin Rf einen Perfluoralkylrest der Formel C2F2n+1, worin n min destens 4 und weniger als 20 (vorzugsweise 5-10) ist, und P einen Rest, der eine polymerisierbare Gruppe enthält, darstellt.
Derartige Verbindungen sind die folgenden: Acryl säure-, Methacrylsäure- und x-Chloracrylsäureester der N-Alkanolperfluoralkan-sulfamide, 1,1-Dihydroperfluor- alkanole, w-Perfluoralkylalkanole und 1,1,3-Trihydroper- fluoralkanole, 1,1-Dihydroperfluoralkylaerylamide, 1,1- -Dihydroperfluoralkylvinyläther, Vinyl-perfluoralkyl-ke- tone, Allyl-perfluoralkyl-ketone, 1-Perfluoralkene, 2-Per- fluoralkyläthylene, 1,1-Dihydroperfluoralkene-1,
perfluor alkylsubstituierte Styrole und Vinyl- und Allyl-Ester der aliphatischen Perfluorcarbonsäuren.
Monomere mit Äthylen-Doppelverbindungen, die zur Herstellung eines aus Polymersegmenten bestehenden Mischpolymeren mit den obigen fluorhaltigen Monome ren verwendet werden können, sind Äthylen, Vinylacetat, Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenchlorid, Vinyliden- fluorid, Vinylehloracetat, Acrylnitril, Vinylidencyanid, Styrol, alkylierte Styrole, sulfonierte Styrole, halogenierte Styrole, Acrylsäure und deren Alkylester, Methacyrlsäure und deren Alkylester, α
-Chloracrylsäure und deren Al kylester, Methacrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, Vi- nylcarbazol, Vinylpyrrolidon, Vinylpyridin, Vinylalkyl- äther, Vinylalkylketone, Butadien, Chloropren, Fluoro- pren und Isopren. Funktionelle Gruppen, die als Initia toren oder zum Ketten-Transfer dienen, sind z. B. Thiol-, Disulfid-, Chlor-, Brom-, Jod-Gruppen, Peroxyd- und Hydroxyperoxyd-Gruppen und aktivierte Wasserstoff atome, wie tert.-Allylwasserstoffe.
Im allgemeinen enthalten die erfindungsgemäss er hältlichen Mischpolymere ein Molverhältnis von b- zu a-Einheiten von mindestens 5:2 (vorzugsweise minde stens 5 : 1), und die Äthylendoppelbindungen enthalten den Monomere sind in Segmente zusammengefasst, die mindestens 5 aufeinanderfolgende Einheiten der Äthylen gruppen aufweisenden Monomer-Einheiten (vorzugsweise mindestens 20) enthalten.
Die erfindungsgemäss erhältlichen, aus Polymerseg menten zusammengesetzten Mischpolymere können in Emulsion hergestellt werden, woraus dann Latices her stellbar sind, die direkt zur Behandlung von Substraten verwendet werden können. In den Fällen, in denen die Mischpolymere in einem organischen Lösungsmittelge misch verwendet werden, können sie in dem Lösungsmit tel polymerisiert werden oder aus den Latices wiederge wonnen werden, zum Beispiel durch Koagulation, und in dem Lösungsmittel gelöst werden. Beispielsweise können als Lösungsmittel Perchloräthylen, Benzol, Aceton, Bu- tylacetat und Dioxan verwendet werden.
Anionische, kationische oder nichtionische Emulga- toren und Mischungen von nichtionischen Emulgatoren entweder mit kationischen oder anionischen Emulgatoren können in derartige Latices eingearbeitet werden. Mi schungen kationischer und nichtionischer Emulgatoren sind geeignet zur Herstellung von Präparaten, welche zur Behandlung von Textilien und dergleichen verwendet =erden können. Antioxydantien können der Polymermischung eben falls zugesetzt werden.
Diese Antioxydantien dienen in erster Linie dazu, das Polymer selbst zu stabilisieren, und sind sehr gut in den erfindungsgemäss hergestellbaren Mischpolymeren verwendbar, die aus konjugierten Die nen bestehen und die dazu neigen, sich zu oxydieren, zu verfärben oder eine Verschlechterung des Substrates be wirken.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung kann durch die folgenden Beispiele erläutert werden, in denen Teile als Gewichtsteile und Prozente als Gewichtspro zente, wenn es nicht anders vermerkt wurde, ausgedrückt werden.
Die Fluor enthaltenden Monomeren, das Verfahren zur Herstellung der segmentierten Mischpolymeren und das Verfahren zur Bestimmung ihrer Wirksamkeit waren folgendermassen, wenn nichts anderes vermerkt wird: Die in den Beispielen verwendeten fluorierten Monome ren sind: I CF3(CF2)7SO2N(CH3)CH2CH2OCOC(CH3)=CH2 II CF3(CF2)7SO2N(CH2CH3)CH2CH2OCOC(CH3)=CH2 III CF3(CF2)7SO2N(CH2CH2CH3)CH2CH2OCOCH=CH2 IV CF3(CF2)4CH2OCOC(CH3)=CH2 V CF3(CF2)7(CH2)11OCOCH=CH2 Die Monomere I-111 sind in der USA-Patentschrift Nr. 2 803 615 aufgeführt. Das Monomer IV ist in der USA-Patentschrift Nr. 2 642 416 aufgeführt, das Mono- m:er V ist in der kanadischen Patentschrift Nr. 716 603 aufgeführt.
Das Verfahren zur Herstellung der Polymere in Am pullen besteht aus den folgenden Stufen: a) Einfüllen der Reaktionspartner in eine dickwandige Pyrexglasampulle b) Entfernen des Sauerstoffs aus der Ampulle durch Ausfrieren bis zu 0,01 mm Hg c) Zuschmelzen der entgasten Ampulle d) Erwärmen der zugeschmolzenen Ampulle, bis deren Inhalt geschmolzen ist e) Polymerisieren des Inhalts, indem die Ampulle in einen Rotator gespannt wird, der sie um ihre Quer achse dreht, wobei sie in einem Wasserbad bei 50 C 16 Stunden lang erwärmt wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Polymeren in einer Schraubverschlussflasche, die mit einer selbst schliessenden Gummidichtung versehen ist, wird diese mit den Reaktionspartnern beschickt und mit sauerstoff freiem Stickstoff vor dem Verschliessen gespült. Dann werden die Inhalte in einem die Flaschen um ihre Quer achse drehenden Rotator in einem Wasserbad bei 50 C während der dazu notwendigen Zeit polymerisiert.
In jedem Fall enthielt die Mischung<B>100</B> Teile Mono mer, 126 Teile dest. Wasser, 54 Teile Aceton, 0,2 Teile Kaliumpersulfat, Emulgator und Mercaptan-Modifizierer. <I>Beispiel 1</I> Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von aus Poly mersegmenten bestehenden, homogenen Mischpolymeren aus Monomer II und Methyl-vinyl-keton.
A) Segmentiertes Mischpolymer aus Monomer 11 und Methyl-vinyl-keton Methyl-vinyl-keton wird mit 84%iger Umsetzung in 20% Dioxan-Lösung zusammen mit Benzoylperoxyd in nerhalb von 45 Stunden bei 50 C polymerisiert. Das erhaltene Polymethyl-vinyl-keton (3,3 g) und 3,3 g des Monomer II werden in eine dickwandige Pyrex-Ampulle als Lösung in 22 g Dioxan gefüllt. Der Inhalt wird dann in flüssiger Luft ausgefroren. Die Ampulle wird dann evakuiert und zugeschmolzen. Die zugeschmolzene Am pulle wird dann auf eine schaukelnde Grundplatte gela gert und ultraviolettem Licht einer 275-Watt-Lampe, die 30,48 cm oberhalb der Ampulle angebracht ist, 30 Stun den lang bei 75 C ausgesetzt. Das Reaktionsprodukt besteht aus einer klaren viskosen Lösung und einer festen Phase.
Die Lösung wird in Methanol gegeben, um ein Polymer auszufällen, das nach dem Waschen mit Metha- nol und Trocknen im Vakuum bei 60 C 2,6 g wiegt und ein hartes hornartiges Polymer ist. Die Elementaranalyse dieses Polymeren zeigt, dass 7,5% Monomer II in das Polymethyl-vinyl-keton eingefügt wurden. (Das Homo polymer des Monomer II ist in Dioxan unlöslich.) Aluminiumblech wird mit diesem aus Polymerseg menten bestehenden Mischpolymeren aus einer Dioxan- lösung überzogen und hat ein ausgezeichnetes Wasser- und Öl-Abstossungsvermögen.
Eine 1%ige Lösung des aus Polymersegmenten be stehenden Mischpolymeren in Dioxan hat eine Oberflä chenspannung von 24,2 dyn/cm, wie es mit dem Du Nouey-Tensiometer ermittelt wurde. Die Oberflächen spannung von Dioxan ist 36,9 dyn/cm.
B) Homogene Mischpolymere aus Monomer 11 und Methyl-vinyl-keton Homogene Mischpolymere aus Methyl-vinyl-keton und Monomer II werden hergestellt, indem eine Ampulle mit 10 g der Monomermischung, 20 g Aceton und 0,08 g Benzoylperoxyd beschickt werden. Man lässt die Mi schung 20 Stunden lang reagieren. Die Monomermischun gen enthalten a) 95 zu 5, b) 75 zu 25 und c) 50 zu 50 Gewichtsteile Methyl-vinyl-keton und Monomer II für die Mischpolymere A), B) bzw. C). Die Reaktionsmi schungen sind alle klare, viskose Lösungen, aus denen die Mischpolymere mit Methanol ausgefällt, dann gewa schen und getrocknet werden.
Die Eigenschaften der ho mogenen Mischpolymere sind die folgenden:
EMI0005.0006
Homogenes <SEP> physikalische <SEP> % <SEP> Monomer <SEP> II <SEP> Oberflächen Eigenschaften <SEP> (eingefügt) <SEP> spannung
<tb> polymer
<tb> A <SEP> hart, <SEP> hornig <SEP> 3,8 <SEP> 36,2
<tb> B <SEP> hart, <SEP> hornig <SEP> 26 <SEP> 32,5
<tb> C <SEP> hart, <SEP> brüchig <SEP> 50 <SEP> 26,7
<tb> ' <SEP> Dyn <SEP> pro <SEP> Zentimeter <SEP> einer <SEP> 1%igen <SEP> Dioxanlösung, <SEP> gemessen <SEP> bei
<tb> 25 C <SEP> unter <SEP> Verwendung <SEP> eines <SEP> DuNouey <SEP> Tensiometers .
Es ist aus den Werten für die Oberflächenspannung zu sehen, dass die aus Polymersegmenten bestehenden Mischpolymere, die 7,5% Monomer II eingebaut haben, eine höhere Oberflächenspannung aufweisen als die ho mogenen Mischpolymere, die 50% Monomer II ent halten.
<I>Beispiel 2</I> Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von homo genen und aus Polymersegment bestehenden Mischpoly meren aus Monomer II und Butadien.
<I>A) Homogene Mischpolymere, bestehend aus 96 Teilen</I> Monomer 11 und 4 Teilen Butadien Monomer II (9,6 g) und Butadien (0,4 g) werden in einer Ampulle polymerisiert, wie es oben beschrieben wurde, in Gegenwart von 0,5 g C8F17SO2NH(CH2)3N(CH3)2.HCl (Emulgator A) und 0,03 g tert.-Dodecyl-mercaptan. Der so erhaltene Latex, der zu 83% zu einem emulgierten Mischpolymer umgesetzt ist, kann zur Behandlung von Baumvolle und Wollgewebe, z. B. in einem Klotzbad, ver wendet werden. Das in diesem Versuch erhaltene Reak tionsprodukt ist ein Harz in Pulverform, das in Benzol unlöslich ist.
<I>B)</I> Homogenes Mischpolymer, <I>bestehend aus 50 Teilen</I> Monomer Il und 50 Teilen Butadien Eine 113,36 g fassende Schraubverschluss-Flasche wird mit 12,5 g Monomer II, 31,5 g Wasser, 13,5 g Aceton, 1,25g Emulgator A, 0,05 g Kaliumpersulfat, 0,075 g tert.-Dodecylmercaptan und 0,075 g n-Octylmer- captan beschickt. Dann wird Butadien im Überschuss zu gegeben, .und die Flasche wird verschlossen, nachdem bis auf 12,5 g alles Butadien entfernt wurde. Nach einer Reaktionsdauer - in einem Wasserbad - von 18 Stun den bei 50 C erhält man einen milchigen, stabilen Latex, der 22,4% Polymer-Festkörper (63%ige Umsetzung zu einem stabilen emulgierten Mischpolymeren) enthält.
Man erhält einen klaren, klebrigen, flexiblen Gummi aus dem Latex, der in Hexafluor-xylol und Benzol lös lich ist und in jedem Lösungsmittel eine klare und vis kose Lösung ergibt.
Der Latex kann in einem Klotzbad zur Behandlung von Wollgeweben verwendet werden.
C) Aus Polymersegmenten bestehendes Mischpolymer aus 50 Teilen Monomer Il und 50 Teilen Poly butadien Eine 113 g fassende Schraubverschlussflasche wird mit 31,5 g Wasser, 4,7 g Aceton, 1,25 g Emulgator A, 0,05 g Kaliumpersulfat, 0,125 g tert.-Dodexylmercaptan und 0,125 g n-Octylmercaptan beschickt. Butadien wird dann zugesetzt, und zwar im Überschuss, und die Flasche wird verschlossen, wenn bis auf 12,5 g alles Butadien entwichen ist. Nach einer Reaktionsdauer von 25,5 Stun den bei 50 C in einem Wasserbad sind 97% zu Poly- butadien umgesetzt, und das Produkt weist ein Moleku- largewicht auf, das 2500 übersteigt.
Monomer 1I (12,5 g) und 8,8g Aceton werden dem Latex zugesetzt. Nach einer zusätzlichen Reaktionszeit in einem Wasserbad von 50 C für 15,5 Stunden erhält man einen stabilen, milchigen Latex, der 29% Festkörper, das eine 81%ige Gesamtumsetzung zu einem Latex-Poly- mer darstellt, enthält.
Ein weicher, weisser, opaker, nichtklebriger, kittähn licher Polymerfestkörper wird von dem Latex durch Koagulation mit Methanol abgetrennt. Über 90% des Polymeren sind in Benzol löslich. Polybutadien, wie es mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, ist in Benzol vollständig löslich, während es in Hexa- fluorxylol vollständig unlöslich ist, während das Homo polymer des Monomeren II in Benzol vollständig unlös lich und vollständig löslich in Hexafluorxylol ist.
Durch Analyse wurde ermittelt, dass das aus der Benzollösung wiedergewonnene Polymer 54% gebundene Monomer-II-Einheiten enthält, die an das Polybutadien- Vorpolymer gebunden sind. In diesem aus Polymer segmenten bestehenden Mischpolymeren sind nahezu 50 Gew.-% des Segmentes A Fluor, die von der Perfluor- octylgruppe des Monomer II herrühren.
D) Aus Polymersegmenten bestehendes Mischpolymer, das aus 50 Teilen homogenem Mischpolymer-A- Segmenten (96 Teile Monomer 11 und 4 Teile Buta dien) und 50 Teilen Polybutadien-B-Segmenten <I>besteht</I> Eine 452 g fassende Schraubverschlussflasche wird mit 112,5 Wasser, 37,5 g Aceton, 2,5 g Emulgator A, 0,1g Kaliumpersulfat und 0,2 g tert.-Dodecylmercaptan beschickt. Dann wird Butadien im Überschuss zugegeben, und die Flasche wird, nachdem bis auf 50 g alles Buta dien entwichen ist, verschlossen. Nach einer Reaktions zeit von 23,5 Stunden bei 50 C im Wasserbad hat eine 89%ige Umsetzung stattgefunden.
Zu 135 g dieses Latex (30 g Polybutadien) werden in einer 452 g fassenden Schraubverschlussflasche 28,8 g Monomer II, 16,2 g Aceton, 48,8g Wasser, 0,03g Ka liumpersulfat und 0,06g tert.-Dodecylmercaptan gegeben. Dann wird Butadien im Überschuss zugesetzt, und die Flasche wird, nachdem bis auf 1,2 g alles Butadien ent wichen ist, verschlossen. Nach 19 Stunden bei 50 C im Wasserbad ist die Reaktion beendet, es hat eine 89%ige Umsetzung stattgefunden, und man erhält ein stabiles, emulgiertes Produkt, das aus Polymersegmenten beste hendes Mischpolymer enthält. Das in Benzol lösliche Polymer hat das gleiche Aussehen, wie das<B><I>50:</I></B> 50 aus Polymersegmenten bestehende Mischpolymer, das unter 2 C beschrieben wurde.
<I>Beispiel 3</I> A) Homopolymer des Monomeren 11 Monomer II (10 g) wird in einer Ampulle, wie sie oben beschrieben wurde, in Gegenwart von 0,5 g Emul- gator A polymerisiert, wobei sich ein Homopolymer bil det, das ein brüchiges, harzartiges Material ist.
B) Aus Polymersegmenten bestehendes Mischpolymer des Monomeren II und Chloroprens Ein 250 cm3 fassender 3-Halskolben, der mit einem Rührer und einem zur Einleitung von sauerstofffreiem Stickstoff dienenden Einleitungsrohr versehen ist, wird wie folgt beschickt.
EMI0006.0013
Chloropren <SEP> 26 <SEP> g
<tb> dest. <SEP> Wasser <SEP> 63 <SEP> g
<tb> Aceton <SEP> 27 <SEP> g
<tb> C8F17SO2NH(CH2)3N+(CH3)3Cl ( Emulgator <SEP> B ) <SEP> 2,5 <SEP> g
<tb> Kaliumpersulfat <SEP> 0,1 <SEP> g Nach 2stündiger Reaktionsdauer bei 50 C sind 86% des Chloroprens zu dem stabilen, emulgierten Polymer umgesetzt.
Das Monomer Il (25 g) wird dann in den Kolben gegeben und die Reaktion 4,5 Stunden laufen gelassen; danach haben sich 83 /o des Monomeren zu dem stabilen, emulgierten Latex-Polymeren, das aus Po lymersegmenten bestehendes Mischpolymer enthält, um gesetzt.
C) Aus Polymersegmenten bestehendes Mischpolymer aus Monomer 11 und Chloropren Chloropren (5 g) und 5 g Monomer II werden in einer Ampulle, wie oben beschrieben wurde, in Gegen wart von 0,5 g des Emulgators A und 0,02 g tert.Dode- cylmercaptan polymerisiert, wobei ein Produkt erhalten wird, das zu 77% in ein stabiles emulgiertes Polymer umgewandelt ist, das segmentiertes Mischpolymer enthält. <I>Beispiel 4</I> A) Homopolymer des Monomeren IV 10 g Monomer IV werden in einer Ampulle in Gegen wart von 0,5 g Emulgator A , wie oben beschrieben wurde, polymerisiert. Das Produkt ist ein brüchiges, harz artiges Material.
B) Aus Polymersegmenten bestehendes Mischpolymer aus 50 Teilen Monomer IV und 50 Teilen Chloropren Ein Produkt, das aus Polymersegmenten bestehendes Mischpolymer enthält, wird durch Polymerisation von 12,5g Monomer IV und 12,5 g Chloropren in einer 113 g fassenden Schraubflasche in Gegenwart von 1,25 g Emulgator A zu einem Latex zu 99% umgesetzt. Das Produkt ist ein undurchsichtiger, haltbarer, nicht kleb riger Gummi.
C) Aus Polymersegmenten bestehendes Mischpolymer aus 25 Teilen Monomer IV und 75 Teilen Chloropren Monomer IV (6,3 g) und 18,8g Chloropren werden in der gleichen Weise wie unter B zu einem Latex zu 930/f, umgesetzt. Man erhält einen stabilen emulgierten Latex, der aus Polymersegmenten bestehendes Misch polymer enthält. Das Polymer war äusserlich dem obigen Mischpolymer B ähnlich.
Obgleich die erfindungsgemäss erhältlichen aus Poly mersegmenten bestehenden Mischpolymere auf Umset zungen von freien Radikalen beruhen, wie es in den obigen Beispielen gezeigt wurde, ist ein ionischer Mecha nismus nicht ausgeschlossen.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von fluorhaltigen Block- und Pfropfcopolymeren, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Monomer der Formel RfP, worin Rf eine Per fluoralkylgruppe der Formel CnF2n+1, wobei n mindestens 4 ist, und P einen eine olefinisch ungesättigte polymeri sierbare Gruppe enthaltenden Rest bedeuten, und ein mono- oder diolefinisch ungesättigtes, von dem fluor- haltigen verschiedenes Monomer verwendet, wobei dass Verhältnis der relativen Polymerisationsgeschwindigkei- ten der Mononiere mindestens<B>10:</B> 1 ist, dass man die Mononiere im Gemisch miteinander polymerisiert, wobei die Copolymere 0,5 bis 80 Gew.-% mindestens eines Seg mentes A und 20 bis. 99,5 Gew.-% mindestens eines Seg mentes B enthalten, ein Segment A mindestens 4 Ein heiten der Formel R±P und mindestens 30 Gew.-% aus der Gruppe der Formel C"F2,".1 stammendes Fluor und ein Segment B mindestens 5 aufeinanderfolgende Einhei- ten des von dem fluorhaltigen verschiedenen Monomers und weniger als 10 Gew.-% aus der Gruppe der Formel CnF2n+1 stammendes Fluor enthält. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass man gleichzeitig ein Gemisch der genann ten Monomeren, worin eines eine relative Reaktions fähigkeit grösser als 1 und eines eine relative Reaktions- fähigkeit kleiner als 0,1 hat, umsetzt. 2.Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass das Segment A mindestens 4 sulfonamid- haltige und fluorhaltige monomere Einheiten mit einer Gruppe der Formel CIF", enthält. 3. Verfahren; nach Patentanspruch und Unteran spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gruppe der Formel CnF2n+1 des Segmentes A n mindestens 5 und weniger als 11 ist.4. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteran sprüchen 2 u. 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Seg ment B mindestens 5 aufeinanderfolgende monomere Einheiten eines konjugierten Diens, das von den fluor- haltigen monomeren Einheiten verschieden ist, enthält. 5. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteran sprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Seg- ment B mindestens 5 aufeinanderfolgende monomere Chloropreneinheiten enthält. 6. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteran sprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Seg ment A mindestens 4 Einheiten eines Monomers der For mel CF3(CF2)7SO2N(CH2CH3)CH2CH2OCOC(CH3)=CH2 enthält. 7.Verfahren nach Patentanspruch und den Unteran sprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Copolymerisat das Molverhältnis der Einheiten des vom fluorierten verschiedenen Monomers zu den fluorhaltigen monomeren Einheiten mindestens 5 zu 2 beträgt. B. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteran sprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Seg ment A mindestens 40 Gew.-% Fluor, das aus der Gruppe CnF2n+1 stammt, enthält und das Segment B weniger als 5 Gew.-% Fluor, das aus Gruppen CnF2n+1 stammt, ent hält.9. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch von Chloropren und CF3(CF2)7SO2N(CH2CH3)CH2CH2OCOC(CH3)=CH2 umgesetzt wird. Anmerkung <I>des</I> Eidg. <I>Amtes für</I> geistiges Eigentum: Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentan spruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Ein klang stehen, so sei daran erinnert, dass gemass Art. 51 des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungsbereich des Patents massgebend ist.
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