WO1997046593A1 - Procede de preparation d'oligomeres de 1,3-diene telecheliques par polymerisation radicalaire controlee de 1,3-dienes en presence d'un radical libre stable - Google Patents
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Definitions
- This polymolecularity is less than that obtained, all other things being equal with a polymerization in the absence of a stable free radical.
- AIBN azobisisobutyronitrile
- oligomers were polycondensed with methylene diisocyanate (hereinafter designated by MDI) using a molar ratio of -NCO functions over -OH functions equal to 1.05.
- MDI methylene diisocyanate
- Table 2 The characteristics of the various starting oligomers as well as the quantities of MDI used for each test are shown in Table 2.
- - Mn is the average mass in number determined by GPC
- - IOH is the hydroxyl number expressed in meq / g determined by acetylation.
- the required mass of MDI is then loaded at once as mentioned in table 2.
- the MDI has been previously heated to approximately 50 ° C., as is the container which is used for weighing (the melting point of the MDI being around 45 ° C).
- the reaction medium is stirred under reduced pressure for 4 to 5 minutes, so as to obtain a homogeneous mixture free of bubbles.
- the reactor is opened and the mixture is poured into a stainless steel mold, of dimensions 100 ⁇ 100 ⁇ 2 mm previously coated with a release agent.
- the product is left for 24 hours at room temperature, then treated for 24 hours at 80 ° C in a ventilated oven and then 48 hours at room temperature before cutting out standard dumbbells with a punch, on which we have measured the elongation at break ⁇ (expressed in%) and the stress at break ⁇ (expressed in MPa) according to standard ISO 527: 1 993
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de préparation d'oligomères de 1,3-diène téléchéliques qui consiste à effectuer la polymérisation radicalaire d'au moins un 1,3-diène avec un amorceur thermosensible tel que l'eau oxygénée en présence d'un radical nitroxyde stable. L'invention concerne également à titre de produits nouveaux lesdits oligomères de 1,3-diène téléchéliques et leur utilisation pour l'obtention de copolymères di- ou multiblocs.
Description
PROCEDE DE PREPARATION D'OLIGOMERES DE 1 ,3-DIENE TELECHELIQUES PAR POLYMERISATION RADICALAIRE CONTROLEE DE 1 ,3-DIENES EN PRESENCE D'UN
RADICAL LIBRE STABLE.
La présente invention concerne un procédé de préparation d'oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques par polymérisation radicalaire de 1 ,3-diènes en présence d'un radical libre stable. L'invention concerne également à titre de produits nouveaux lesdits oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques et leur utilisation pour l'obtention de copolymères di- ou multiblocs.
Par oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques on désigne selon la présente invention des oligomères porteurs à l'une de leurs extrémités (ou aux deux) de groupes fonctionnels, capables de réagir avec d'autres molécules.
A titre d'exemple de tels groupes fonctionnels, on peut citer les fonctions hydroxyle (-OH), cyano (-CN), aminé (-NH2), carboxylique
(-COOH) .
Une méthode courante pour obtenir de tels oligomères est d'effectuer la polymérisation radicalaire des 1 ,3-diènes en amorçant la polymérisation avec un amorceur radicalaire thermosensible tel que le peroxyde d'hydrogène {H2O2) ou un composé azodinitrile. La fonctionnalité est apportée ainsi par l'amorceur lui-même (H2O2) ou peut résulter d'une réaction ultérieure (réduction des fonctions nitrile apportées par l'azodinitrile en fonctions -CH2NH2).
Ainsi, les oligomères de 1 ,3-butadiène dihydroxytéléchéliques sont obtenus industriellement par polymérisation radicalaire du butadiène amorcée par le peroxyde d'hydrogène en milieu alcoolique (US 3,392, 1 18 - US 3,427,366). Cette façon d'opérer conduit à des oligomères ayant une polymolécularité et une fonctionnalité moyenne élevées. En formulation polyuréthane, de tels produits conduisent à des matériaux plus ou moins réticulés dû notamment à un excès de fonctions hydroxyle. Les radicaux libres stables sont des composés qui ont été largement utilisés dans le cas de la polymérisation radicalaire pour l'étude des premières étapes d'addition. C'est-à-dire qu'ils ont permis de mieux connaître l'étape d'amorçage : I* + M → IM*
où I est le radical issu de l'amorceur et M le monomère, en bloquant immédiatement la croissance des radicaux IM*.
La littérature signale de nombreux exemples de telles études avec les monomères tels les (meth)acrylates et le styrène (E.Rizzardo et al.
Aust.J.Chem., vol. 35, pp 2013-2024, 1982) ou les monomères vinyliques (G.Moad et al. Polymer Bulletin, vol. 6, pp 589-593,
1982).
A titre d'illustration de tels composés on peut citer le 2,2- diphenylpicrylhydrazyle (DPPH) et tout particulièrement les nitroxydes.
Les nitroxydes ont été également utilisés en polymérsation radicalaire pour mieux contrôler l'étape de propagation et pour limiter les réactions de terminaisons classiques. Le mécanisme ci-après est couramment proposé :
r + M — > IIVΓ -→ IM*2 > >-—>..—> IM*
UM IÎM !TM
où I est le radical issu de l'amorceur, M le monomère et T le nitroxyde.
Selon l'équilibre espèces actives-espèces piégées, le temps de polymérisation peut être considérablement allongé. Cet équilibre est déplacé par la nature de T, le solvant et la température. Néanmoins, pour limiter les réactions de terminaison, la concentration en espèces actives doit rester faible.
La polymérisation radicalaire en présence de nitroxyde a été très étudiée notamment pour la polymérisation du styrène. Ainsi, dans la demande de brevet internationale WO 94/1 141 2, on décrit un procédé de polymérisation radicalaire du styrène, notamment en présence d'un radical libre stable et de peroxyde de benzoyle, comme amorceur de polymérisation.
Les polystyrènes obtenus ont une polymolécularité étroite (1 , 1 à 2) et des masses moléculaires élevées (100 000 environ). Les références suivantes concernent également la poiymérsiation radicalaire de monomères tels que les polyoléfines (US 5,449,724), les (méth)acrylates d'alkyle (US 5,412,047) en présence d'un nitroxyde.
On a maintenant trouvé un procédé de préparation d'oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques par polymérisation radicalaire contrôlée, ledit procédé consistant à effectuer la polymérisation radicalaire d'au moins un 1 ,3-diène, en milieu dispersé, avec un amorceur thermosensible tel que l'eau oxygénée ou un azodinitrile ; ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on opère en présence d'un radical libre stable.
A titre d'illustration de 1 ,3-diènes utilisables selon la présente invention on peut citer, le 1 ,3-butadiène, le 2,3-diméthyl1 ,3- butadiène, l'isoprène, le 2-chloro1 ,3-butadiène. La présente invention concerne tout particulièrement la polymérisation radicalaire du 1 ,3-butadiène.
A titre d'illustration d'azodinitriles utilisables selon la présente invention comme amorceur de polymérisation, on peut citer : - le 2,2'-azobisisobutyronitrile,
- le 2,2'-azobis(2-méthylbutyronitrile),
- le 2,2'-azobis(2,4-diméthylvaléronitrile),
- le 1 , 1 '-azobisd -cyclohexanecarbonitrile).
De préférence on utilisera le 2,2'-azobisisobutyronitrile désigné ci- après par AIBN.
A titre d'illustration de radicaux libres stables utilisables selon la présente invention, on peut citer les radicaux nitroxydes stables, qui comprennent le groupement = N-O#. Selon la présente invention, le radical nitroxyde stable est choisi parmi les composés représentés par les formules suivantes :
R 1 R 2
N O dans lesquelles R1 , R2, R3, R4, R' 1 et R'2, identiques ou différents, représentent un atome d'halogène tel que le chlore ou le brome, un groupement hydrocarboné linéaire, ramifié ou cyclique, saturé ou insaturé ayant un nombre de carbone allant de 1 à 10 tel qu'un radical alkyle, cycloalkyle ou phényle, ou un groupement ester - COOR ou un groupement alcoxyle -OR, ou un groupement phosphate -P(O)(OR)2 dans lesquelles R est un radical aliphatique saturé ayant un nombre de carbone allant de 1 à 3 ; et dans lesquelles R5, R6, R7, R8, R9 et R10, identiques ou différents, peuvent avoir la même signification que R1 , R2, R3, R4, R* 1 et R'2 ou bien représentent un atome d'hydrogène, un groupement hydroxyle- OH ou un groupement acide tel que -COOH, -P(O)(OH)2 ou -SO3H. A titre d'illustration de tels nitroxydes on peut citer :
- le 2,2,5,5-tétraméthyl-1 -pyrrolidinyloxy (PROXYL),
- le 2,2,6,6-tétraméthyl-1 -pipéridinyloxy, généralement commercialisé sous la dénomination TEMPO, - le N-tertiobytyl-1 -phényl-2 méthyl propyl nitroxyde,
- le N-tertiobutyl-1 -(2-naphtyl)-2-méthyl propyl nitroxyde,
- le N-tertiobutyl-1 -diéthylphosphono-2,2-diméthyl propyl nitroxyde,
- le N-tertiobytyl-1 -dibenzylphosphono-2,2-diméthyl propyl nitroxyde,
- le N-phényl-1 -diéthyl phosphono-2,2-diméthyl propyl nitroxyde, - le N-phényl-1 -diéthyl phosphono-1 -méthyl éthyl nitroxyde,
- le N-(-1 -phényl2-méthylpropyl)-1 diéthylphosphono-1 -méthyl éthyl nitroxyde On utilisera de préférence le TEMPO.
Selon un mode préféré de l'invention, on effectue la polymérisation en milieu dispersé en mélangeant l'amorceur et le radical libre stable dans un solvant puis on introduit dans le milieu reactionnel ayant été préalablement purgé et/ou dégazé le 1 ,3-diène. La réaction est menée sous des pressions allant de 5 bars à 50 bars et, de préférence, comprises entre 10 bars et 30 bars. Après l'introduction du 1 ,3-diène, on porte le milieu reactionnel à une température comprise entre 100°C et 1 50°C et, de préférence, comprise entre 1 10°C et 135°C ; pendant une durée qui est au moins égale à 1 heure et, de préférence comprise entre 1 h30min et 6 heures.
Selon la présente invention, on utilise des quantités molaires d'amorceur comprises entre 0, 1 % et 10 % et, de préférence comprises entre 0,2 % et 4 % par rapport au 1 ,3-diène mis en oeuvre.
Selon la présente invention, on utilise des quantités molaires de radical libre stable telles que le rapport molaire radical libre stable/amorceur est compris entre 0,05 et 5 et, de préférence compris entre 0, 1 et 2,5. A titre d'illustration de solvants utilisables selon la présnte invention, on peut citer les alcanes ; les solvants aromatiques tel que le benzène, le toluène ; les alcools tels que l'éthanol, le propanol, l'isopropanol, le cyclohexanol ; les cétones tels que l'acétone, la méthyléthylcétone ; les éthers tel que le dioxanne ; les glycols et éthers de glycol tels que le diméthylether de l'éthylène glycol (giyme) ou un mélange d'au moins deux des composés précités. Dans le cas où l'amorceur est l'eau oxygénée, qui se trouve être généralement en solution aqueuse, on préfère utiliser comme solvant des alcools tels que l'isopropanol ou des cétones tels que la méthyléthylcétone.
Dans le cas où l'amorceur est un azodinitrile, on préfère utiliser des solvants aromatiques tels que le benzène ou le toluène. Selon les conditions de polymérisation, et en particulier la durée, la température, les quantités des réactifs notamment d'amorceur et de radical libre stable on peut obtenir des masses moléculaires moyennes en nombre Mn différentes et des taux de conversion différents.
Ainsi, pour des concentrations molaires données d'amorceur et de radical libre stable, la masse moléculaire moyenne en nombre Mn et le rendement augmentent lorsque la température augmente pour un temps de polymérisation fixé. La fonctionnalité en radical libre stable est voisine de 1 . Selon la présente invention, les oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques obtenus présentent la formule générale suivante :
H
dans laquelle x est compris entre 1 et 2 et n est compris entre 1 et
500,
I représente soit un hydroxyle -OH dans le cas où l'amorceur est
H2°2' soit un reste organique monovalent comportant un groupement nitrile -CN, dans le cas où l'amorceur est un azodinitrile. Ainsi, dans le cas où cet amorceur est l'AIBN, I = NC-C(CH3)2-.
M représente un reste divalent de 1 ,3-diène. Ainsi, dans le cas du butadiène, du fait que les 1 ,3-diènes peuvent se polymériser en 1 ,4 et en 1 ,2, on aura les configurations, cis et trans dans le cas de la polymérisation en 1 ,4 :
configuration trans : -CH2-CH
^ CH-CH
CH = CH - configuration cis : -CH2 ' ^CH-
et la formation de double liaisons de type vinylique pendante, dans le cas de la polymérisation 1 ,2 :
- CH2-CH-
CH = CH2
On a une distribution statistique des trois structures avec un pourcentage molaire de doubles liaisons de type vinylique voisin de 20 %.
Ainsi, avec le butadiène, la formule générale (I) des oligomères est la suivante :
Η ^ ^
CH = CH2
Le procédé selon la présente invention permet d'obtenir des oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques ayant des masses molaires moyennes en nombre Mn au plus égales à 30 000 et, de préférence, comprise entre 500 et 10 000. La polymolécularité Mw /Mn est inférieure à 2 et, de préférence comprise entre 1 , 1 et
1 ,9.
Cette polymolécularité est inférieure à celle obtenue, toutes choses égales par ailleurs avec une polymérisation en absence de radical libre stable.
Selon la présente invention, les oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques de structure (I) peuvent être réduits notamment par un système zinc/acide acétique, méthode classique utilisée pour la réduction des alkoxyamines R-O-N < . De cette façon, on obtient d'une manière quasi quantitative des oligomères de 1 ,3-diène difonctionnels téléchéliques de formule générale :
[Η MW °H] 2-x
L'aminé H-N < obtenue peut être réoxydée en nitroxyde et ainsi peut être à nouveau utilisée comme radical libre stable.
Cependant, cette façon d'opérer présente quelques inconvénients tels que notamment des risques d'acétolyse. Elle comporte également une opération coûteuse qui est la régénération du nitroxyde.
On a maintenant trouvé qu'il était possible de soumettre l'oligomère de 1 ,3-diène téléchélique de formule (I) à un traitement thermique.
On porte ledit oligomère de formule (I) tel quel, ou bien encore en solution dans un solvant inerte, à une température au moins égale à
15O°C et, de préférence comprise entre 160°C et 18O°C pendant
une durée qui peut aller de 4 heures à 24 heures sous pression réduite.
On libère le nitroxyde de façon quantitative avec une pureté supérieure à 80 % et on obtient un oligomère de 1 ,3-diène téléchélique de formule :
I — Mm — X (III) dans laquelle I est le résidu de l'amorceur (-OH, par exemple, dans le cas où l'amorceur est l'eau oxygénée), X un résidu de l'amorceur ou d'une réaction de dismutation ; m représente le nouveau degré de polymérisation moyen en nombre et est compris entre 1 et 1000. Les oligomères de formule (III) présentent généralement des masses moléculaires moyennes en nombre Mn supérieures aux oligomères de formule (II) obtenus par réduction des alkoxyamines. Ils présentent également une polymolécularité supérieure. Le nitroxyde peut être aisément récupéré notamment par sublimation ou distillation dans le cas où le traitement thermique est effectué sans solvant ou bien encore par extraction à l'aide d'un solvant sélectif lorque l'on effectue le traitement thermique en milieu solvant. Les oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques de formule (I) peuvent être avantageusement utilisés pour la préparation de copolymères di-ou multiblocs.
En effet, la polymérisation radicalaire du 1 ,3-diène en présence d'un radical libre stable mène à un bloc terminé alkoxyamine jouant le rôle de macroamorceur.
On peut mélanger un bloc de formule (I) avec un monomère polymérisable B tel que le styrène, l'αméthylstyrène, le parachloro- méthyl-styrène, le vinyltoluène ou un 1 ,3-diène différent et effectuer la polymérisaiton dudit monomère en présence de l'oligomère de formule (I) et obtenir un copolymère bloc de formule :
Dans l'éventualité où l'amorceur est H2O2, I est égal à -OH et si l'on réalise la réduction de l'alkoxyamine par le couple Zn/acide acétique, on aura un copolymère dibloc MB téléchélique de formule :
La réalisation de tels copolymères blocs s'effectue de préférence en masse, par chauffage de l'oligomère de formule (I) avec le monomère polymérisable B à une température au moins égale à 100°C et de préférence comprise entre 1 10°C et 1 50°C, de préférence sous atmosphère inerte. On peut opérer à pression atmosphérique ou sous pression.
Les paramètres de la polymérisation tels que la concentration en bloc d'oligomère de formule (I), la température et le temps de polymérisation permettent de régler la longueur du bloc B et du degré de polymérisation p.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention :
> L'indice de polymolécularité Ip est le rapport de la masse moléculaire moyenne en poids Mw sur la masse moléculaire moyenne en nombre Mn qui ont été déterminées par chromatographie par perméation de gel (CPG). L'étalon est le polystyrène ramené en équivalent polybutadiène.
> L'indice d'hydroxyle IrjH' exprimé en meq/g, a été déterminé par acétylation par l'anhydride acétique en milieu pyridinique.
> Les produits ont été identifiés par résonance magnétique nucléaire (RMN) du proton (1 H) sur un appareil BRUCKER® AC
La fréquence pour le proton est égal à 250 MHz
CDCI3 a été utilisé comme solvant. EXEMPLE 1
Dans un réacteur en inox de 300 ml muni d'une agitation, d'un tube d'introduction, d'une double enveloppe dans laquelle circule un fluide caloporteur, de prises de température et de pression, on introduit : 9,07 g d'eau oxygénée à 30 %, soit 0,08 mole de H2O2 100 %,
1 ,88 g (soit 0,012 mole) de 2,2,6,6-tétraméthylpipéridinyloxy
(ci-après désigné par TEMPO) et 33,7 g (soit 0,56 mole) d'isopropanol.
Le réacteur est fermé puis purgé à l'azote pendant 1 5 minutes. On introduit ensuite dans le réacteur 54 g (soit 1 mole) de butadiène à -40° C.
Le milieu reactionnel est chauffé à 130° C puis maintenu pendant 4 heures à cette température. Pendant ce temps, la pression passe de 26 bars à 1 9 bars. On refroidit le milieu reactionnel à température ambiante puis on dégaze. Le brut reactionnel est décanté en 24 heures. La phase organique la plus dense est récupérée puis évaporée sous pression réduite à 40° C dans un évaporateur rotatif puis sous une pression de 0,01 bar à environ 25 ° C. On obtient 27 g d'un oligomère de 1 ,3-butadiène 2,2,6,6-tétraméthylpipéridinyloxy- hydroxytéléchélique qui présente les caractéristiques physicochimi- ques suivantes : Mn" (CPG) = 1 700 lp = 1 ,7 > RMN du 1 H δ = 1 , 1 5 ppm (doublet) 1 2 H des CH3 du TEMPO δ = 3,55 à 4,32 ppm (multiplet) -CH.2O- δ = 4,8 à 5, 1 ppm (multiplet) -CH = CH.2 δ = 5,25 à 5,7 ppm (massif) -CH = CH- (cis et trans) et -CH = CH2 L'intégration permet d'attribuer à l'oligomère la formule suivante :
dans laquelle n = 30.
IQH = 0'61 meq/g ce qui correspond à une fonctionnalité moyenne en fonctions hydroxyle de 1 ,03 calculée à partir de Mn obtenue par
CPG. EXEMPLE 2
Dans un tricol de 100 ml, muni d'un thermomètre, d'un réfrigérant et d'une agitation contenant 20 ml d'acide acétique, on introduit 5 g de l'oligomère de 1 ,3-butadiène 2,2,6,6-tétraméthylpipéridinyloxyhydro- xytéléchélique obtenu dans l'exemple 1 . Le mélange est chauffé à 80° C, puis 1 g de zinc en poudre est introduit en une fois. Après 2 heures de réaction, le milieu est filtré.
Le filtrat est concentré sous pression réduite jusqu'à poids constant.
Le résidu est dissous dans de l'hexane, puis extrait par une solution
d'acide chlorhydrique à 10 %. La phase organique est séchée sur sulfate, puis évaporée sous pression réduite à 40° C en évaporateur rotatif.
On obtient 4,8 g d'un oligomère de 1 ,3-butadiène dihydroxytéléchélique. L'analyse par RMN du proton indique la disparition du cycle pipéridinyle et l'intégration permet d'attribuer à l'oligomère la formule suivante :
dans laquelle n = 30. IpH = U 8 meq/g Mn (CPG) = 1700.
Ip = 1 ,7. La fonctionnalité moyenne en fonctions OH, calculée à partir de Mn (CPG) est égale à 2.
EXEMPLE 3 (NON CONFORME A L'INVENTION)
On opère comme dans l'exemple 1 mais en abscence de TEMPO.
Dans le réacteur utilisé dans l'exemple 1 , on introduit - 9,07 g d'eau oxygénée à 30 %, soit 0,08 mole de H2O2 100 % et
- 33,7 g (soit 0,56 mole) d'isopropanol.
Le réacteur est fermé puis purgé à l'azote pendant 15 minutes.
On introduit ensuite dans le réacteur 54 g (soit une mole) de butadiène à -40° C. Le milieu reactionnel est chauffé à 130° C puis maintenu 1 h30 min à cette température.
Pendant ce temps, la pression passe de 26 bars à 1 6 bars.
On refroidit le milieu reactionnel à température ambiante puis on dégaze. Le brut reactionnel est décanté en 24 heures. La phase organique la plus dense est récupérée puis évaporée sous pression réduite à 40° C dans un évaporateur rotatif puis sous une pression de 0,01 bar à envrion 25 ° C.
On obtient 35 g d'un oligomère de 1 ,3-butadiène dihydroxy- téléchélique qui présente les caractéristiques physicochimiques sui¬ vantes :
Mn" (CPG) = 2800 5 Ip = 2,8 > RMN du 1 H δ = 3,55 à 4,2 ppm (multiplets) -CM2O- δ = 4,8 à 5, 1 ppm (multiplet) -CH ≈ CH.2 δ = 5,25 à 5,7 ppm (massif) -CH ≈ CH- (cis et trans) et -CH = CH2. 10 L'intégration permet d'attribuer à l'oligomère la formule suivante :
IQH = °' 84 meq/g
La fonctionnalité moyenne en fonctions OH, calculée à partir de
Mn" (CPG) est égale à 2,35. 20 EXEMPLE 4
> Récupération du TEMPO selon la présente invention.
On traite 250 g de l'oligomère de 1 ,3-butadiène 2,2,6,6- tétraméthylpipéridinyloxyhydroxytéléchélique préparé selon l'exemple
1 et présentant des caractéristiques physicochimiques identiques, à 25 165 ° C sous une pression réduite de 5 mbar dans un évaporateur à couche mince pendant 5 heures.
Le produit récupéré de manière quasi quantitative présente les caractéristiques physicochimiques suivantes :
Mn (CPG) = 2200 30 Ip = 3,4
IQH = 0,59
L'analyse RMN du 1 H montre la disparition totale du cycle pipéridinyle.
La fonctionnalité moyenne en fonctions OH, calculée à partir de Mn 35 (CPG) est égale à 1 ,29.
Le TEMPO est récupéré en totalité en tête de l'évaporateur avec une pureté d'environ 80 % contrôlée par chromotographie liquide sur colonne KROMASIL C18. EXEMPLE 5 Dans le réacteur utilisé dans l'exemple 1 , on introduit :
- 1 ,64 g (soit 0,01 mole) d'azobisisobutyronitrile (désigné ci après par AIBN),
- 2,93 g (soit 0,019 mole) de TEMPO et
- 43,7 g (soit 0,56 mole) de benzène. Le réacteur est fermé puis purgé à l'azote pendant 1 5 minutes.
On introduit ensuite dans le réacteur 54 g (soit une mole) de butadiène à -40° C.
Le milieu reactionnel est chauffé à 130° C puis maintenu 4 heures à cette température. La pression reste constante à 27 bars durant cette période.
On refroidit le milieu reactionnel à température ambiante puis on dégaze.
Le brut reactionnel est évaporé sous pression réduite à 40° C dans un évaporateur rotatif, puis sous une pression réduite de 0,01 bar à environ 25° C.
On obtient 13,5 g d'un oiigomère de 1 ,3-butadiène cyano,2,2,6,6- tetramethylpipéridinyloxytéléchélique qui présente les caractéristi¬ ques physicochimiques suivantes :
Mn (CPG) = 850 Ip = 1 ,3
> RMN du "Η δ = 1 , 15 ppm (doublet) 12H de CH3 du TEMPO δ = 1 ,30 ppm (multiplet) 6H de CH3 de l'AIBN δ = 4,8 à 5, 1 ppm (multiplet) - CH = CH2 δ = 5,25 à 5,7 ppm (massif) -CH = CH- (cis et trans) et -CH = CH2- δ = 4,20 à 4,30 ppm (massif) terminaison aminoxyle.
L'intégration permet d'attribuer à l'oligomère la forumule suivante :
EXEMPLE 7 (NON CONFORME A L'INVENTION)
On opère comme dans l'exemple 5, mais sans TEMPO.
Dans le réacteur on introduit
- 1 ,64 g (soit 0,01 mole) d'AIBN et - 43,7 g de benzène.
Le réacteur est fermé puis purgé à l'azote pendant 15 minutes.
On introduit ensuite dans le réacteur 54 g (soit une mole) de butadiène à -40° C.
Le milieu est chauffé à 130° C puis maintenu à cette température pendant 1 h30min.
La pression reste constante à 27 bars pendant cette période.
On refroidit le milieu reactionnel à température ambiante puis on dégaze.
Le brut reactionnel est évaporé sous pression réduite à 40° C dans un évaporateur rotatif, puis sous une pression réduite de 0,01 bar à environ 25 ° C.
On obtient 1 5 g d'un oligomère de 1 ,3-butadiène dicyanotéléché- lique qui présente les caractéristiques physicochimiques suivantes :
Mn (CPG) = 1000 Ip = 2,3
> RMN du 1 H δ = 1 ,30 ppm (doublet) 1 2H de CH3 du AIBN
δ = 4,8 à 5, 1 ppm (multiplet) -CH = CH2 δ = 5,25 à 5,7 ppm (massif) - CH = CH (cis et trans) et -CH = CH2
L'intégration permet d'attribuer à l'oligomère la formule suivante :
dans laquelle n = 18. EXEMPLES 8 ET 9
On opère comme dans l'exemple 1 (même quantité de réactifs) mais selon des conditions opératoires différentes.
Ces conditions et résultats obtenus sont reportés dans le tableau 1 ci-après :
TABLEAU 1 EXEMPLE 10
> Utilisation de l'oligomère du 1 ,3-butadiène-2, 2,6,6- tétraméthylpipéridinyloxyhydroxytéléchélique obtenu dans l'exemple 1 pour la synthèse d'un copolymère dibloc butadiène styrène.
Dans un tricol de 100 ml muni d'un réfrigérant, d'une agitation et d'une arrivée d'azote on introduit 10 g de l'oligomère obtenu dans l'exemple 1 puis 30 g de styrène.
On purge à l'azote. Le milieu reactionnel est chauffé à 130° C puis maintenu pendant
7h30min à cette température.
Après refroidissement, le milieu reactionnel est versé dans 500 ml de méthanol.
Le produit précipité est lavé puis séché. On obtient 17,5 g d'un produit qui présente les caractéristiques physicochimiques suivantes :
Mn" (CPG) = 4000
Ip = 1 ,7,
L'oligomère de départ a totalement disparu (analyse CPG) > RMN "Η
L'analyse par RMN du 1 H permet de calculer les proportions exactes en butadiène et styrène à partir des massifs à 6,9 ppm (protons des noyaux aromatiques du styrène) et à 5,4 ppm et 5 ppm (protons éthyléniques du bloc polybutadiène) .
Les pourcentages massiques et molaires sont les suivants : - pourcentage molaire de butadiène : 31 ,5 % . - pourcentage massique de butadiène : 1 9,3 % . soit la composition du copolymère bloc : Mn du bloc polybutadiène : 1 700 Mn du bloc polystyrène : 7100. Ce copolymère bloc peut être représenté par la formule ci-après :
Evaluation des propriétés mécaniques des polyuréthanes obtenus avec les oligomères de 1 .3-butadiène dihydroxytéléchéliques obtenus selon les exemples 2 et 4. Nous avons réalisé des polyuréthanes à partir des produits suivants :
- PB2 oligomère de 1 ,3-butadiène dihydroxytéléchélique de l'exemple 2
- PB4 oligomère de 1 ,3-butadiène dihydroxytéléchélique de l'exemple 4
- Poly Bd® R45HT et Poly Bd® R20TLM : oligomères de 1 ,3- butadiène dihydrotéléchéliques commercialisés par la société ELF ATOCHEM S.A.
Ces 4 oligomères ont été polycondensés avec le méthylène diisocyanate (ci-après désigné par MDI) en utilisant un rapport molaire de fonctions -NCO sur fonctions -OH égal à 1 ,05.
Les caractéristiques des différents oligomères de départ ainsi que les quantités de MDI utilisés pour chaque essai sont reportés dans le tableau 2. Dans ce tableau : - Mn est la masse moyenne en nombre déterminée par CPG
. |p = Mw /Mn
- IOH est l'indice d'hydroxyle exprimée en meq/g déterminée par acétylation.
- masse de MDI (en g) calculée pour 50 g d'oligomère mis en oeuvre :
TABLEAU 2
Synthèse des polyuréthanes
Dans un réacteur en verre muni d'une agitation mécanique, d'un thermocouple et d'une prise de vide, on charge 50 g d'oligomère de 1 ,3-diène dihydroxytéléchélique.
L'oligomère est dégazé à 80°C sous une pression réduite égale à 10 mbar pendant 1 heure. Puis il est ramené à 50°C.
On charge ensuite en une fois la masse de MDI nécessaire telle que mentionné dans le tableau 2. Le MDI a été préalablement chauffé à 50°C environ, de même que le récipient qui sert à la pesée (le point de fusion du MDI se situant vers 45 °C) . On agite le milieu reactionnel sous pression réduite pendant 4 à 5 minutes, de façon à obtenir un mélange homogène exempt de bulles. Le réacteur est ouvert et le mélange est coulé dans un moule en inox, de dimensions 100 x 100 x 2 mm préalablement enduit d'un agent de démoulage.
Le produit est abandonné 24 heures à température ambiante, puis traité 24 heures à 80°C en étuve ventilée puis 48 heures à température ambiante avant d'effectuer le découpage d'altères normalisées à l'emporte-pièce, sur lesquelles nous avons mesuré
l'allongement à la rupture ε (exprimé en %) et la contrainte à la rupture σ (exprimé en MPa) selon la norme ISO 527 : 1 993 type
1 BA (cellule de mesure de 1 kN et vitesse de traction égale à 5 mm/mn) . Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 3 ci-après.
Dans ce tableau 3, nous avons également reporté le taux d'insoluble
TI exprimé en %.
Ce taux d'insoluble a été obtenu selon le protocole opératoire suivant : On pèse dans un ballon environ 1 g de polyuréthane prélevé dans une plaque, synthétisée comme décrit précédemment, et 100 ml de
DMF. Le mélange est porté au reflux pendant 24 heures.
On filtre la solution ainsi obtenue, la partie insoluble de polyuréthane est placé dans une étuve à vide pendant 6 heures à 80°C. Le résidu insoluble séché est ensuite pesé pour déterminer le taux d'insoluble par division par la masse de polyuréthane initialement introduit.
TABLEAU 3
Claims
REVENDICATIONS
Procédé de préparation d'oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques par polymérisation radicalaire contrôlée, ledit procédé consistant à effectuer la polymérisation radicalaire d'au moins 1 ,3-diène, en milieu dispersé avec un amorceur thermosensible tel que l'eau oxygénée ou un azodinitrile, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on opère en présence d'un radical libre stable. 2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le radical libre stable est un radical nitroxyde stable qui comprend le groupement = N-O\
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le radical nitroxyde stable est choisi parmi les composés représentés par les formules suivantes :
R U R 2 C
N
! o - dans lesquelles, R1 , R2, R3, R4, R' 1 et R'2, identiques ou différents, représentent un atome d'halogène tel que le chlore ou le brome, un groupement hydrocarboné linéaire, ramifié ou
cyclique, saturé ou insaturé ayant un nombre de carbone allant de 1 à 10 tel qu'un radical alkyle, cycloalkyle ou phényle, ou un groupement ester -COOR ou un groupement alcoxyle -OR, ou un groupement phosphate -P(O)(OR)2 dans lesquelles R est un radical aliphatique saturé ayant un nombre de carbone allant de
1 à 3 ; et dans lesquelles R5, R6, R7, R8, R9 et R10, identiques ou différents, peuvent avoir la même signification que R1 , R2, R3, R4, R' 1 et R'2 ou bien représentent un atome d'hydrogène, un groupement hydroxyle- OH ou un groupement acide tel que - COOH, -P(O)(OH)2 ou -SO3H.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les radicaux nitroxydes stables sont :
- le 2,2,5,5-tétraméthyM -pyrrolidinyloxy (PROXYL),
- le 2,2,6,6-tétraméthyl-1 -pipéridinyloxy, généralement commercialisé sous la dénomination TEMPO,
- le N-tertiobytyl-1 -phényl-2 méthyl propyl nitroxyde,
- le N-tertiobutyl-1 -(2-naphtyl)-2-méthyl propyl nitroxyde,
- le N-tertiobutyl-1 -diéthylphosphono-2,2-diméthyl propyl nitr¬ oxyde, - le N-tertiobytyl-1 -dibenzylphosphono-2,2-diméthyl propyl nitro¬ xyde,
- le N-phényl-1 -diéthyl phosphono-2,2-diméthyl propyl nitro¬ xyde,
- le N-phényl-1 -diéthyl phosphono-1 -méthyl éthyl nitroxyde, - le N-(-1 -phényl2-méthylpropyl)-1 diéthylphosphono-1 -méthyl éthyl nitroxyde
5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le radical nitroxyde stable est le 2,2,6,6-tétraméthyl-1 - pipéridinyloxy (TEMPO) . 6. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'azodinitrile est le 2,2'azobisisobutyronitrile (AIBN).
7. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le 1 ,3- diène est le 1 ,3-butadiène.
8. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la polymérisation est effectuée en milieu dispersé en mélangeant l'amorceur et le radical libre stable dans un solvant, puis en introduisant le 1 ,3-diène puis le milieu reactionnel ainsi obtenu
est porté à une température comprise entre 100°C et 1 50°C et, de préférence comprise entre 1 10°C et 135 °C.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on opère sous des pressions allant de 5 bars à 50 bars et, de
5 préférence comprises entre 10 bars et 30 bars.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la température est maintenue pendant une durée au moins égale à 1 heure et, de préférence, comprise entre 1 h30min et 6 heures.
1 1 . Procédé selon l'une des revendications 1 ou 8, caractérisé en ce 10 que l'on utilise des quantités molaires d'amorceur comprises entre 0, 1 % et 10 % et, de préférence, comprises entre 0,2 % et 4 % par rapport au 1 ,3-diène mis en oeuvre.
1 2. Procédé selon l'une des revendications 1 , 8 ou 1 1 , caractérisée en ce que l'on utilise des quantités molaires de radical libre
15 stable telles que le rapport molaire radical libre stable/amorceur est compris entre 0,05 et 5 et, de préférence compris entre 0, 1 et 2,5.
13. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'amorceur est l'eau oxygénée, le radical libre stable est le
20 2,2,6,6-tétraméthyl-1 -pipéridinyloxy, le 1 ,3-diène est le butadiène et le solvant est l'isopropanol.
14. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'amorceur est l'azo-bisisobutyronitrile, le radical libre stable est le 2,2,6,6-tétramethyl-1 -pipéridinyloxy, le 1 ,3-diène est le
25 butadiène et le solvant est le toluène.
1 5. Oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques obtenus selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 de formule : W
dans laquelle x est compris entrel et 2, n est compris entre 1 et
30 500,
I représente soit un hydroxyle -OH, soit un reste organique monovalent comportant un groupement nitrile -CN, M représente un reste divalent de 1 ,3-diène, > N-O- représente un reste alkoxyamine provenant d'un radical nitroxyde stable.
35 16. Oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques de formule
(II)
dans laquelle x est compris entre 1 et 2, n est compris entre 1 et 500,
I représente soit un hydroxyle -OH, soit un reste organique monovalent comportant un groupement nitrile -CN, 5 M représente un reste divalent de 1 ,3-diène, obtenus par réduction par le zinc en milieu acétique des oligomères de 1 ,3- diène téléchéliques de formule (I)
1 7. Oligomères de 1 ,3-diène monohydroxytéléchéliques de fomule
10 dans laquelle M représente le butadiène comprenant au plus 20 %molaire de double liaisons de type vinylique pendante.
1 8. Procédé de récupération du radical nitroxyde stable des oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques de formule
I représente soit un hydroxyle -OH, soit un reste organique monovalent comportant un groupement nitrile -CN,
20 M représente un reste divalent de 1 ,3-diène, > N-O- représente un reste alkoxyamine provenant d'un radical nitroxyde stable, caractérisé en ce que l'on chauffe ledit oligomère de formule (I) à une température au moins égale à 1 50°C et, de préférence comprise entre 1 60°C et 180°C, sous pression réduite.
25 19. Oligomères de 1 ,3-diène téléchéliques obtenus selon la revendication 18 de formule
I — Mm m — X (III) dans laquelle I est le résidu de l'amorceur, X le résidu de l'amorceur ou d'une réaction de dismutation, m un nombre 30 compris entre 1 et 1000.
20. Utilisation des oiigomères de 1 ,3-diène téléchéliques de formule (I) pour la préparation de copolymères di-ou multiblocs.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 97191040.5 Country of ref document: CN |
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| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AM AT AU AZ BB BG BR BY CA CH CN CZ DE DK EE ES FI GB GE HU IL IS JP KE KG KP KR KZ LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK TJ TM TR TT UA UG US UZ VN AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM |
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| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): GH KE LS MW SD SZ UG AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM |
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| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 1997926089 Country of ref document: EP |
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| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2229978 Country of ref document: CA Ref document number: 2229978 Country of ref document: CA Kind code of ref document: A |
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| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 1998 500271 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
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| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 1019980700847 Country of ref document: KR |
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| WWP | Wipo information: published in national office |
Ref document number: 1997926089 Country of ref document: EP |
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| REG | Reference to national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: 8642 |
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| WWP | Wipo information: published in national office |
Ref document number: 1019980700847 Country of ref document: KR |
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| WWW | Wipo information: withdrawn in national office |
Ref document number: 1997926089 Country of ref document: EP |
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| WWR | Wipo information: refused in national office |
Ref document number: 1019980700847 Country of ref document: KR |