Brevet FR2077397A1 — publié le 19711022

L'invention concerne un procédé pour la polymérisation d'une lactone ou d'un mélange de lactones en présence d'un initiateur et d'un catalyseur. Dans ce procédé, qui est important entre autres pour 5 la production de plastifiants pour le chlorure de polyvinyle et l'acétate de polyvinyle, il est connu d'utiliser comme initiateur un composé organique avec au moins un substituant d'hydrogène réactif, tel que les alcools, les aminés et les acides carboxyliques (voir les brevets des Etats-Unis d'Âméri-10 que N° 2.878.236, N° 2.890.208 et N° 2.914.556). Si l'on utilise un tel initiateur on obtient un polyester ayant des groupes terminaux réactifs. Par la présence de groupes terminaux réactifs, le polyester convient pourtant moins à différentes applications, car un tel polyester soluble dans l'eau et dans 15 des huiles, se dégrade facilement et montre une polarité élevée. Pour supprimer l'inconvénient des groupes terminaux réactifs dans le polyester, on a déjà proposé (voir le brevet des Etats-Unis d'Américain N° 3«169.9^5) de bloquer les grou-20 pes terminaux réactifs en soumettant le polyester à un traitement d'estérification ; par exemple, dans le cas de groupes terminaux hydroxyliques, on peut bouillir ceux-ci avec une quantité en excès d'anhydride acide- Cependant, une telle estérification des groupes termi-25 naux est peu intéressante, puisqu'on obtient alors différentes réactions secondaires indésirables, telles que la décomposition de la chaîne de polyester en produits oligomères, et qu'il est difficile d'obtenir un blocage complet des groupes terminaux car il s'agit d'une réaction d*équilibreo De plus, après l'es-30 térification, le produit obtenu doit être soumis à une épuration assez coûteuse. Or on a découvert un procédé suivant lequel on peut obtenir en une seule phase, à partir de lactone ou d'un mélange de lactones, un polyester avec des groupes terminaux blo-35 qués. le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on utilise comme initiateur un composé organique possédant au moins un groupe ester non cyclique et ne possédant pas de 71 03016 2 2077397 substituants d'hydrogène réactifs» Conformément à l'invention, on obtient un polyester ayant des groupes terminaux provenant de l'initiateur et ne contenant donc pas de substituants d'hydrogène réactifso Ceci 5 est un fait très surprenant, car on pouvait s'attendre à ce qu'un initiateur sans substituants d'hydrogène réactifs ne réagisse pas avec la lactone» Une mesure pour la présence de substituants d'hydrogène réactifs dans le polyester est l'indice d'acide et l'indice d'hydroxyle» Pour les polyester obte-10 nus selon l'invention, même en cas de poids molaires très bas du polyester, on peut obtenir un indice d'acide inférieur à 0,01 et un indice d'hydroxyle inférieur à 0,1 milligramme-équivalent par gramme de polyester.. Les lactones dont on peut partir dans le procédé se-15 Ion l'invention peuvent être reproduites par la formule générale : - CH - (CR0) - C = 0 1 A , dans laquelle 20 Hyj et ]?2 peuvent être des radicaux hydrogène, alcoyle, cyclo-alcoyl- ou alcoxy et n représente le nombre 1, 3, 4- ou 5« Comme exemples de lactones on peut citer : les fi -propiolactone, ex, ac-diméthyl-^?-propiolactone, Œ-méthyl-25 -propiolactone, 6-valérolactone, méthyl-6-valérolactone, di-méthyl-6-valérolactone, éthyl-6-valérolactone, méthoxy-6-valérolactone, -ethoxy-5-valérolactone,£-caprolactone, méthyl-i -caprolactone, diméthyl- 0-> -oenantholactone, éthyl-t*-oenantholactone, méthoxy-a)-oenan-tholactone et éthoxy-£d-oenantholactone« Le cas échéant, la lactone peut contenir un stabilisant, tel que par exemple les trialcoyl phosphites ou les phénols alcoylés afin d'éviter 35 une décoloration de lactone. Comme exemples d'initiateurs à utiliser selon l'invention on peut citer : les acétate d'éthyle, acétate de 71 03016 3 2077397 propyle, acétate de butyle, acétate de 2-éthyl-hexyle, benzoa-te d'éthyle, diacétate d'éthylène-glycol, dipropionate d'éthy-lène-glycol, dibutyrate d'éthylène-glycol, dibenzoate d'éthylène-glycol, diacétate de diéthylène-glycol, dipropionate de 5 diéthylène-glycol, dibutyrate de diéthylène-glycol, dibenzoate de diéthylène-glycol, diacétate de triéthylène-glycol, dio-propionate de triéthylène-glycol, dibutyrate de triéthylène-glycol, dibenzoate de triéthylène-glycol, térephtalate de diméthyle, di(2-éthyl-hexyl)-adipate, diméthyladipate, diéthy-10 ladipate, dipropyladipatc, dibutyladipate et dibenzyladipate» Les propriétés des polyesters de lactone obtenus par le procédé selon l'invention sont également fonction de l'initiateur utilisé, de sorte que suivant l'invention, on peut préparer des polymères de lactone ayant des propriétés particule lières. Un polymère de lactone, bloqué par exemple, avec des groupes terminaux aromatiques, possède la propriété favorable lorsqu'il est utilisé comme plastifiant dans le chlorure de polyvinyle, d'arrêter le suintement du plastifiant» Si l'on varie la concentration de l'initiateur on 20 peut influencer le poids molaire du polymère de lactone entre de très larges limites et peut obtenir, par exemple, un poids molaire moyen de plus de 10.000» En principe, on peut obtenir selon l'invention des poids molaires moyens très élevés, par exemple un poids molaire moyen de 100o000. Les polyesters de 25 lactone ayant des groupes terminaux bloqués et un poids molaire moyen supérieur à 10.000 ne sont pas décrits comme tel jusqu'ici dans la littérature» Si l'on soumet d'une manière connue en soi un polyester de lactone ayant un poids molaire moyen supérieur à 10.000 et des substituants d'hydrogène réac-30 tifs à un traitement d'estérification, on n'obtient qu'un blocage partiel» Les polyesters de lactone selon l'invention ayant un poids molaire moyen supérieur à 10.000 conviennent, outre comme plastifiant, aussi en particulier pour d'autres applica-35 tions telles que l'augmentation de la clarté des films de polyéthylène et l'amélioration de la coloration des fibres de polypropylène » 71 03016 2077397 Le procédé selon l'invention peut être effectué à l'aide de catalyseurs connus en soi pour la polymérisation de lactones. Comme exemples de catalyseurs appropriés on peut citer î le méthylate de sodium, l'hydrure de sodium, le dibu-tylmagnésium, le triéthylaluminium, le propylate de sodium-aluminium, 1'éthylate de magnésium-aluminium, l'oxyde stanni-que de dlbutyle, l'hydroxydistannoxate de tétrabutyle-chlore, le dichlorodistannoxate de tétrabutyle, le dichlorotristanno-xate de hexabutyle et 1*hydroxytristannoxate de hexabutyl-cîiloreo Comme catalyseur on utilise, de préférence, l'oxyde stannique de dibutyle, le dichlorodistannoxate de tétrabutyle, l'hydroxydistannoxate de tétrabutyl-chlore, 1'hydroxytristan-noxate d'hexabutyl-chlore, le dichlorotristannoxate d'hexabu-tyle ou des mélanges de ceux-ci, car on obtient alors un polymère de lactone de qualité excellente et une vitesse de polymérisation favorable. La concentration du catalyseur peut varier. Une concentration de 0,01-2 % en poids de catalyseur, calculée par rapport à la lactone, suffit à obtenir un temps de polymérisation approprié. Le procédé selon l'invention peut être effectué à des températures différentes. On utilise, de préférence, une température située entre 50 et 225°C, puisqu'à une température inférieure à 50°C la vitesse de réaction est trop basse, alors que les températures supérieures à 225°C sont moins appropriées à cause de la volatilité de la lactone» La pression à laquelle on effectue la polymérisation suivant l'invention n'est pas critique, de sorte que, pour des raisons économiques, on préfère appliquer la pression atmo sphérique. En effectuant la polymérisation en l'absence d'oxygène et en appliquant, par exemple, une atmosphère d'azote ou de gaz noble, on peut éviter que la couleur du polymère de lactone soit influencée défavorablement. Quand la polymérisation est terminée, on peut enlever du polyester le monomère éventuellement encore présent, par exemple en évacuant le polyester à une température élevée et à une basse pression. Le procédé selon l'invention, qui peut être effectué 71 03016 5 2077397 à des températures différentes* On utilise, de préférence, une température située entre 50 et 225°C, puisqu'à une température inférieure à 50°C la vitesse de réaction est trop basse, alors que les températures supérieures à 225°C sont moins appropriées à cause de la volatibilité de la lactoneo La pression à laquelle on effectue la polymérisation suivant l'invention n'est pas critique, de sorte que, pour des raisons économiques, on préfère appliquer la pression atmosphérique. En effectuant la polymérisation en l'absence d'oxygène et en appliquant, par exemple, une atmosphère d'azote ou de gaz noble, on peut éviter que la couleur du polymère de lactone soit influencée défavorablement. Quand la polymérisation est terminée, on peut enlever du polyester le monomère éventuellement encore présent, par exemple en évacuant le polyester à une température élevée et à une basse pression». Le procédé selon l'invention, qui peut être effectué soit en continu, soit en discontinu, par application des procédés connus pour la polymérisation de lactone, sera bien compris en se reportant aux exemples suivants donnés à titre non limitatif o TEMPLES I-XX1II On polymérise de l'£-caprolautcne (point d'ébullition 76°C à 0,4-5 mm de mercure, 1,4598) et des mélanges d'i'- caprolactone et d'Ê-méthyl- —caprolactone (point d'ébullition 68°C à 0,1 mm de mercure, 1,4540) dans des conditions différentes, à la pression atmosphérique dans une atmosphère d'azote et en l'absence d'eau. A cet effet, on porte le mélange monomère-initiateur à la température voulue, on ajoute ensuite catalyseur tout en agitant fortement et on poursuit cette agitation jusqu'à ce que l'indice de la réfraction n 71 G3016 6 2011297 Dans le tableau ci-dessous, on donne les conditions et les résultats» Dans ce tableau, l'^-caprolactone est indiquée par A, l'é-métyl-é-caprolactone par B, l'6-valérolactone par C et la/^-propiolactone par D, Les temps indiqués sont 5 relatifs au laps de temps entre l'addition du catalyseur et le moment où n^ ne change plus® Les moles % indiqués pour l'initiateur et les % en poids pour le catalyseur sont calculés par rapport à la quantité totale de lactone. Les viscosités réduites indiquées (^?)q ^ sont déterminées dans du chloro-"10 forme à 30°Co Une viscosité réduite supérieure à 0,45 correspond à un poids molaire supérieur à 10.000. Par "catalyseur d'étain" on entend un mélange de dichloro-distannoxate de tétrabutyle et le dichlorotristannoxate d'hexabutyle o Mo. Monomère Initiateur Catalyseur Temp, , Temps m) Produit moles 5 moles % moles 5 % en poids °C min. 0.4 I 100 A - diacétate de glycol 4,45 éthylate de sodium 0,3 70 0,25 0,24 cire blanche II 80 A 20 B diacétate de glycol 4,09 éthylate de sodium 0,3 70 0,50 0, 14 onguent Jaune claire III 100 A - diacétate de glycol 6,68 oxyde stannique de dibutyle 0,5 170 7 0,12 cire blanche IV 90 A 10 B diacétate de glycol 6,22 catalyseur d'étain 0,5 170 12 0,13 cire blanche V 70 A 30 B diacétate de glycol 6,37 catalyseur d'étain 0,5 150 15 0, 12 onguent blanc VI 100 A - diacétate de glycol 8,42 catalyseur d'étain 0,5 170 10 0,09 cire blanche VII 100 A - diacétate de glycol 4.45 catalyseur d'étain 0,5 170 6 0, 12 cire blanche VIII 100 A - diacétate de glycol 2.67 catalyseur d'étain 0,5 170 4 0,22 polymère blanc IX 100 A - diacétate de glycol 1.34 catalyseur d'étain 0,5 170 3 0,35 polymère blanc X 100 A - diacétate de glycol 0,77 catalyseur d'étain 0,5 170 2,5 0,45 polymère blanc XI 100 A - diacétate de gl-ycol 0,38 catalyseur d'étain 0,5 170 2 0,54 polymère blanc XII 100 A - diacétate de glycol 0,16 catalyseur d'étain 0,5 170 0,98 polymère blanc XIII 80 A 2û B térephtalate de diméthyle 6.47 catalyseur d'étain 0,5 170 20 0,22 cire blanche XIV 100 A - acétate ,de 2-éthyl-hexyle 4,03 catalyseur d'étain 0,5 170 15 0,31 polymère blanc XV 100 A - di-(2-éthyl-hexyl ) -adipate 4,34 cs.talyseur . d ' étain 0,5 170 22 0,38 polymère blanc XVI 100 A - dibenzoate de glycol 6,52 catalyseur d'étain 0.5 150 9 0,11 cire blanche XVII 100 A - dibenzoate de glycol 4,18 catalyseur d'étain 0.5 150 6 0,17 cire blanche XVIII 70 A 30 B dibenzoate de glycol 4,33 catalyseur d'étain 0.5 150 15 0,33 cire blanche XIX 100 A - diacétate de trléthylene-glycol 0,20 catalyseur d'étain 0,5 150 10 0.38 polymère blanc XX 100 A - diacétate de trléthylene-glycol 0,70 catalyseur d'étain 0,5 150 6 0,73 polymère blanc XXI 100 C - diacétate de glycol 1.37 catalyseur d'étain 0.5 120 435 0.23 polymère blanc XXII Î00 C - diacétate de glycol 0,34 catalyseur d'étain 0,5 120 16 0,43 polymère blanc XXIII 100 D diacétate de glycol 2,45 catalyseur d'étain 0.5 120 240 0,10 polymère blanc 71 03016 8 2077397 REVENDICATIONS 1) Procédé pour la polymérisation d'une lactone ou d'un mélange de lactones en présence d'un initiateur et d'un catalyseur, caractérisé en ce que, comme initiateur, on utili- 5 se un composé organique possédant au moins un groupe ester non cyclique et ne possédant pas de substituants d'hydrogène réactifs# 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme catalyseur un ou plusieurs composés du 10 groupe î oxyde stannique de dibutyle, dicîilorodistannoxate de tétrabutyle, hydroxydistannoxate de tétrabutylchlore, dichlo-rotristannoxate d'hexabutyle et hydroxytristannoxate d'hexa-butyl-chlore o 3) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, 15 caractérisé en ce qu'on utilise, par 100 grammes de lactone, 0,01 à 2 grammes de catalyseur. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3» caractérisé en ce qu'on effectue- la polymérisation à une température comprise entre 50 et 225°C0 20 5) Polyesters de lactone obtenus par la mise en oeu vre du procédé selon l'une des revendications précédentes. 6) Polyesters de lactone ayant des groupes terminaux bloqués et un poids molaire moyen supérieur à 10.000. 7) Produits composés entièrement ou partiellement de 25 polyesters de lactone selon la revendication 5« 8) Produits composés entièrement ou partiellement de polyesters de lactone ayant des groupes terminaux bloqués et un poids molaire moyen supérieur à 10.000.