Brevet FR2653433A1 — publié le 19910426

La présente invention porte sur de nouveaux disulfures de thiurame à groupements époxy, sur un procédé de fabrication de ces disulfures, et sur leur utilisation comme agents ayant la triple fonction d'initiateur, d'agent de transfert de chaîne et d'agent de terminaison (désignés par l'abréviation iniferters ), dans la polymérisation radicalaire de monomères vinyliques et diéniques conduisant à des oligomères et polymères vinyliques et diéniques à fonctions terminales époxy. L'invention porte également sur ces oligomères et polymères vinyliques et diéniques qui sont utiles pour fabriquer des copolymères séquencés par condensation de leurs fonctions terminales époxy avec au moins un autre oligomère ou polymère fonctionnel. Des disulfures de thiurame ont déjà été proposés dans la demande de brevet européen EP-A-O 237 792 à titre d'iniferters. Cependant, les groupes fonctionnels envisagés ne comprennent pas les groupements époxy. La présente invention a donc d'abord pour objet un composé de formule dans laquelle - A représente un groupe alkyle, cycloalkyle ou aryle ou une combinaison d'au moins deux de ces restes ; une séquence polyoxyalkylène ou une séquence polyester issue respectivement d'un polyoxyalkylène ou d'un polyester à fonction terminale alcool - D et G représentent chacun indépendamment un groupe alkylène, cycloalkylène ou arylène ou une combinaison d'au moins deux de ces restes ;D et/ou G pouvant comporter au moins un hétéroatome - E représente un reste ou un reste -J-K-, J représentant G représentant dans ce dernier cas un reste alkylène, cycloalkylène ou arylène ou une combinaison d'au moins deux de ces restes, et - Rl, R2 et R3 représentant chacun indépendamment un atome d'hydrogène ou un reste alkyle, cycloalkyle ou aryle ou une combinaison d'au moins deux de ces restes - R4, R5, R6 et R7 représentant cliacun -indépendamment un atome d'hydrogène ou un reste alkyle ; et - a et b représentent chacun indépendamment un nombre entier de 1 à 3. Lorsque K représente un reste (a) ou (b) tel que défini ci-dessus, on obtient généralement un mélange d'un composé (Ia) comportant deux restes (a), d'un composé (Ia) comportant deux restes (b), et d'un composé (Ia) comportant un reste (a) et un reste (b). La séquence polyoxyalkylène entrant dans la définition de A peut être issue des polyoxyalkylènes suivants, par suppression de la fonction OH terminale R8-o-(-CH2-CH2-o-)c-CH2-CH2-OH K représentant une simple liaison ou, dans le cas des composés (Ia), un reste R8-O-(-(CH2)4-O-)c 4-OH où: - R8 représente un reste alkyle, cycloalkyle ou aryle et - c vaut de 1 à 1000, de préférence, de 1 à 200. La séquence polyester entrant dans la définition de A eut être issue des polyesters suivants, par suppression de la fonction OH terminale où: - Rg est tel que défini ci-dessus pour R8 - R10 et R11 représentent chacun indépendamment un reste alkylène, cycloalkylène, arylène, alcénylène, arylène substitué par alcényle, ces restes pouvant comprendre au moins un hétéroatome et/ou au moins un reste R12 étant choisi parmi les groupes alkyle, cycloalkyle et aryle, et pouvant comporter des substituants ; et - d vaut de 1 à 300, de préférence, de 1 à 50. On peut mentionner, comme exemples de restes R10 et R11 gui comportent au moins une insaturation, les restes -CH=CH- -CH2 -CH2-CH=CH-CH2 - - e valant de 1 à 12 - R13 et R14 représentant chacun indépendamment une simple liaison, un reste alkylène, cycloalkylène ou arylène - R15 représentant hydrogène, alkyle, cycloalkyle ou aryle Les groupes alicyle entrant dans les définitions ci-dessus sont notamment des groupes alkyle en C1-C12, en particulier en C1-C6 ; les groupes cycloalkyle sont notamment des groupes cycloalkyle en C3-C12, en particulier, en C5-C7 ; et les groupes aryle sont, par exemple, les groupes phényle ou naphtyle. Les hétêroatomes sont notamment O ou S.Par ailleurs, lorsqu'on indique qu'un groupe peut signifier un reste alkyle, cycloalkyle ou aryle, ou un reste alkylène, cycloalkylène ou arylène, on entend également les combinaisons d'au moins deux de ces restes, par exemple, un reste aralkyle, alkaryle, etc... Par ailleurs, R1, R2 et R3 représentent de préférence un atome d'hydrogène. Les composés de formule (Ia) ou (Ib) dans laquelle E représente un reste peuvent être fabriqués par le procédé suivant - dans une première étape, on fait réagir un composé de formule A-NH-D-NH2 (IIa) ou avec un composé de formule R'5 et R'6 représentant chacun un reste alkyle, aryle ou cycloalkyle, l'un de ces deux groupes représentant, de préférence, un reste aryle ou alkaryle, l'un d'eux pouvant par ailleurs représenter hydrogène, pour obtenir le composé de formule - dans une seconde étape, on fait réagir le composé (IVa) ou (IVb) avec le disulfure de carbone en présence d'au moins un agent oxydant, pour obtenir le composé : - dans une troisième étape, on hydrolyse ou on réduit le composé (Va) ou (Vb) pour obtenir le composé de formule:: - dans une quatrième étape, on fait réagir le composé (VI) en milieu basique, avec un excès molaire du composé de formule Hal représentant un halogène. Les conditions expérimentales de la première étape dépendent de la nature de l'amine et particulièrement du composé carbonylé qui détermine la position de I'équilibre R5R6CO + A=NH-D-NH2 A-NH-D-N=CR51R'6 + H2O Habituellement, il est souhaitable d'éliminer l'eau au fur et à mesure qu'elle se forme par distillation ou par utilisation d'un solvant formant un azéotrope, comme le toluène. On peut aussi utiliser un alcool, comme méthanol, ou un mélange eau-alcool.L'élimination de l'eau est nécessaire avec les diaryl- et les arylalkylcétones, mais les aldéhydes et les dialkylcétones peuvent habituellement être condensés avec les amines sans élimination de liteau. Les aldéhydes aromatiques réagissent sans à-coups dans des conditions douces et à des températures relativement basses dans un solvant approprié ou sans solvant. Avec les cétones en particulier avec les cétones aromatiques, des températures supérieures, des temps de réaction plus longs, et un catalyseur sont habituellement requis, en plus de l'élimination de l'eau au fur et à mesure qu'elle se forme. La réaction est catalysée par les acides. La température de réaction est généralement comprise entre environ OOC et environ 400C. Le plus souvent, elle est conduite à la température ambiante. A la seconde étape, on peut utiliser un rapport sensiblement équimolaire du composé (IV) à CS2, la réaction pouvant être effectuée en présence d'une amine tertiaire (par exemple, la triéthylamine ou la pyridine), à raison d'environ 1 mole par mole du composé (V). L'agent oxydant est ajouté, par exemple, à raison d'environ 1 mole par mole de CS2. Il peut être choisi, entre autres, parmi l'iode, l'eau oxygénée, les hypochlorites de métaux alcalins, les hydroperoxydes d'alkyle et d'aryle, et lthexacyanoferrate de potassium. La réaction peut être conduite en milieu solvant, par exemple, dans l'eau, un alcool ou un mélange eau-alcool, CS2 ou l'amine tertiaire pouvant du reste faire office de solvant. La réaction est conduite généralement à une température se situant entre environ -200C +800C et, de préférence, à la température ambiante. L'hydrolyse de la troisième étape est généralement conduite en présence d'eau acidulée à une température pouvant être comprise entre environ 200C et 1200C, de préférence à environ 100-1100C, pendant environ 15 minutes, sous agitation énergique. L'eau acidulée est préparée par exemple par un mélange 50/50 acide chlorhydrique/eau. Le produit résultant est isolé, lavé à l'eau ou au méthanol pour éliminer toute trace d'amine tertiaire, et il est séché sous vide, par exemple, à environ 300C. L'imine (Va) ou (Vb) peut également être réduite à cette étape en amine respectivement (VIa) ou (VIb), à l'aide d'un hydrure, comme AlLiH47 NaBH4, LiH, etc., à une température généralement comprise entre environ -200C et 300C, de préférence entre environ 50C et 100C. La réaction de la quatrième étape est généralement conduite avec un large excès du composé (VII) par rapport au composé (VI), notamment d'au moins 20:1, en présence d'hydroxyde alcalin (sodium, potassium ou lithium), dans des conditions de température rigoureuses, généralement audessous de +900C, soigneusement contrôlées pour éviter de brutales montées en température conduisant à des réactions secondaires par polymérisation. Le produit brut obtenu est par exemple dissous dans le toluène, lavé plusieurs fois à l'eau pour éliminer les parties sodiques et ses sels, puis il est filtré, la couche toluénigue est recueillie, de laquelle on chasse le toluène et le composé (VII) résiduel par exemple par distillation sous pression réduite. Les composés de formule (Ia) ou (Ib) dans laquelle E représente -J-K-, K représentant une simple liaison, peuvent être préparés de la façon suivante - dans une première étape, on fait réagir un composé de formule avec le disulfure de carbone, en présence d'au moins un agent oxydant, pour obtenir le composé - dans une seconde étape, on fait réagir le composé (XIa) ou (XIb) avec le composé (VII). A la première étape, on peut utiliser un rapport sensiblement équimolaire du composé (Xa), (X'a), (Xb) ou (X'b) à CS2, la réaction pouvant être effectuée en présence d'une amine tertiaire (par exemple, pyridine ou triéthylamine), à raison d'environ 1 mole par mole du composé (Xa) ou (Xb), ou d'environ 2 moles par mole du composé (X'a) ou (X'b). L'agent oxydant, par exemple tel que défini cidessus, est ajouté, par exemple, à raison d'environ 1 mole par mole de La réaction de la seconde étape peut, par exemple, être effectuée à environ 300C pendant environ 4 heures. Durant cette période, 6 moles de NaOH aqueux à 40% sont additionnées. La température est ensuite augmentée jusqu'à 600C pendant environ 30-50 minutes. Les composés de formule (Ia) dans laquelle E représente -J-K, K représentant un reste peuvent être préparés comme suit - dans une première étape, on fait réagir un composé (Xa) avec un haloacide HalH, pour obtenir le composé de formule - dans une seconde étape, on fait réagir le composé (XII) en milieu basique avec le composé de formule pour obtenir un mélange statistique des composés des formules - dans une troisième étape, on fait réagir les composés (XIV) et (XV) avec le disulfure de carbone, en présence d'au moins un agent oxydant. La première étape est généralement conduite à une température comprise entre environ -200C et 400C, par exemple à 200C. A la seconde étape, on utilise généralement un très large excès molaire du composé (XIII) (20 à 30 fois) par rapport au composé (XII), et on travaille en l'absence d'amine tertiaire. La réaction de cette seconde étape est catalysée par un acide (H2S04, SnCl4) et effectuée à environ 50-900C, pendant environ 1/2 heure à 3 heures. A la troisième étape, on peut utiliser un rapport sensiblement équimolaire du composé (XIV)/(XV) à CS2, la réaction pouvant être effectuée en présence d'une amine tertiaire (par exemple, pyridine ou triéthylamine), à raison d'environ 1 mole par mole du composé (XIV)/(XV). L'agent oxydant, par exemple tel que défini ci-dessus, est ajouté, par exemple, à raison d'environ 1 mole par mole de La présente invention a également pour objet l'utilisation du composé de formule (I) comme agent iniferter dans la polymérisation radicalaire de monomères vinyliques et diéniques, ledit agent iniferter étant introduit en début de polymérisation avec le mélange des monomères. Comme monomères vinyliques, on peut citer les méthacrylates et acrylates d'alkyle, dont le groupe alkyle comporte, par exemple, de 1 à 8 atomes de carbone, les hydrocarbures vinylaromatiques, les nitriles insaturés, les acrylates de cyanétyle, l'acrylamide, les acrylates et méthacrylates dthydroxyalkyle inférieurs, l'acide acrylique et l'acide méthacrylique, l'anhydride maléique et les maléimides substitués par des groupes alkyle ou aryle. En particulier, on peut mentionner les méthacrylates et acrylates de méthyle, d'éthyle, d'isopropyl, de n-butyle, de tert.-butyle, de n-hexyle, d'éthyl-2 hexyle, d'isopropyle, d'isobutyle et de tert.-butyle, le styrène, l'alphaméthylstyrène, le monochlorostyrène, le tertiobutylstyrène, le vinyltoluène, la vinyl-2 pyridine et la vinyl-4 pyridine, etc. Comme monomères diéniques, on peut mentionner, entre autres, le butadiène, l'isoprène, le 1,3-pentadiène, le 1,4-pentadiène, le 1,4-hexadiène, le 1,5-hexadiène, le 1,9-décadiène, le 5-méthylène-2-norbornène, le 5-vinyl2-norbornène, les 2-alkyl-2,5-norbornadiènes, le 5-éthylidène-2-norbornène, le 5-(2-propényl)-2-norbornène, le 5-(5-hexényl)-2-norobornène, le 1,5-cyclooctadiène, le bicyclo[2 ,2 ,2)octa-2, 5-diène, le cyclopentadiène, le 4,7,8,9-tétrahydroindène et l'isopropylidène tétrahydroindène. Le schéma réactionnel général de cette polymérisation radicalaire est le suivant (indiqué à titre d'exemple pour le composé (Ia) et pour un monomère vinylique La quantité d'iniferter introduite est généralement comprise entre environ 5 x 10-5 mole/l et 0,1 mole/l par rapport aux monomères vinyliques. L'invention porte également sur les oligomères et polymères vinyliques ou diéniques à terminaisons époxy obtenus, tels que définis ci-dessus, ainsi que sur l'utilisation de ces oligomères et polymères vinyliques ou diéniques pour fabriquer des copolymères séquencés par condensation de leurs fonctions terminales en présence d'au moins un autre oligomère ou polymère fonctionnel. Exemple 1 (a) Préparation du disulfure de bis-(4-(2-benzylidène aminoéthvl)- pipérazine thiurame A un mélange de 60 ml d'eau, 60 ml d'éthanol et 25,8 g (0,2 mole) de l-(2-aminoéthyl)pipérazine, on ajoute 21,2 g (0,22 mole) de benzaldéhyde. On porte ensuite le mélange à une température comprise entre 0 et 50C. On y introduit goutte à goutte 15,2 g (0,2 mole) de 052. Un précipité apparaît, qui est redissous par l'introduction d'un mélange H2O/C2H5OH (200 ml/260 ml). Après dissolution, on ajoute 27,8 ml (0,2 mole) de triéthylamine. On oxyde le milieu avec 66 g (0,2 mole) d'hexacyanoferrate de potassium III. Il en résulte une précipitation. On filtre la solution, on lave le précipité à l'eau puis au méthanol, et on le sèche sous vide à 300C. On obtient 53 g d'une substance contenant 57,1% C, 6,1t H, 14,4% N et 21,8% S. On additionne 29,2 g (0,1 mole) de cette substance sur 124 g (0,4 mole) d'hydrure de lithium et d'aluminium en suspension dans du toluène maintenu entre 5 et 100C. Puis on lave le mélange 3 fois de suite avec de l'eau, on sèche la phase organique Na2SO4. Après évaporation du benzène, on obtient un produit contenant 41,1% C, 6,8% H, 20,5% N et 31,3% S. (b) Préparation du disulfure de bis 4-(N N-di qlycidyl 2-éthvl)-pipérazine l-thiurame Dans un ballon équipé d'un agitateur, d'un réfrigérant et d'une ampoule à brome, on introduit 10,2 g (0,05 mole) du composé obtenu à l'étape (a) dans 100 ml de toluène, ainsi que 8 g de NaOH en solution aqueuse à 10%. On chauffe le mélange à 450C, par l'intermédiaire de l'ampoule à brome. On introduit 110 ml (92,4 g ; 1 mole) d'épichlorohydrine, de façon que la température ne dépasse pas 900C. Après l'addition, on maintient le mélange à cette température pendant 90 minutes. On arrête l'agitation. Deux phases apparaissent. On sépare la solution aqueuse par décantation. On lave la phase organique avec de l'eau jusqu'à l'obtention d'un pH neutre des eaux de lavage. On sèche la phase organique sur Na2SO4. Après évaporation du solvant et séchage sous vide à 300C, on obtient une poudre contenant 49,3t C ; 6,9t H ; 13,3% N 20,2% S et 10,1% O. La polymérisation radicalaire à l'aide des iniferters selon l'invention est effectuée, à l'abri de la lumière, dans des ballons munis d'une agitation, qui sont scellés sous vide ou maintenus sous gaz inertes (N2, argon) après introduction des réactifs. Lorsque l'iniferter est soluble dans le monomère, la polymérisation peut être réalisée en masse ; dans le cas contraire, le monomère est dilué par moitié avec du toluène (ou tout autre solvant de l'iniferter et du monomère). La quantité désirée d'iniferter, le monomère et éventuellement le solvant sont introduits dans le ballon qui est ensuite dégazé. On conduit la polymérisation en immergeant le ballon dans un bain d'huile thermostaté à la température requise.Après polymérisation, le ballon est retiré, réfrigéré dans un mélange isopropanol-carboglace, et le polymère est dilué par du toluène, puis précipité goutte à goutte dans du méthanol (ou de l'heptane). Le précipité ou le produit résineux obtenu est recueilli dans un creuset en verre fritté, lavé à 1'heptane, séché à 450C pendant 12 heures sous vide. Exemples 2 à 7 Polymérisation radicalaire du méthacrylate de méthyle (Exemples 2 à 4) et du styrène (Exemples 5 à 7) avec 1'iniferter de l'Exemple 1. Dans le cas du MMA, le schéma réactionnel est le suivant Mode opératoire général CH3 A n CH2 = C + composé de l'Exemple 1 - > n CH2 C\ C02CH3 On a effectué des polymérisations de MMA avec des concentrations initiales en iniferter de 0,09 à 0,05 mole/l, en faisant varier la température et le temps de polymérisation. On a mesuré dans chaque cas la masse moléculaire moyenne en nombre et son indice de polydispersité I = Mw/Mn. L'équivalent époxy pour 100 g de produit a été déterminé par FTIR (Infrarouge à transformée de Fourier) et également calculé à partir du % en poids de soufre trouvé dans le polymère. Ex. (In) x 10 Température Temps de Equivalent OC polym. en - époxy pour minutes Mn I 100 g de produit 2 50 95 720 26 000 2,5 1,5 x 10-2 3 60 70 170 21 000 2,3 1,9 x 10-2 4 90 85 900 10 000 1,7 4 x 10-2 5 15 70 170 7 000 2,3 5,7 x I 0 - 2 6 25 ll 900 5 000 2,1 0,08 7 30 " 900 4 000 2 0,1 [In] : concentration en iniferter en mole/l de monomère Mn = masse moléculaire moyenne en nombre déterminée par GPC REVENDICATIONS 1 - Composé de formule dans laquelle - A représente un groupe alkyle, cycloalkyle ou aryle ou une combinaison d'au moins deux de ces restes ; une séquence polyoxyalkylène ou une séquence polyester issue respectivement d'un polyoxyalkylène ou d'un polyester à fonction terminale alcool - D et G représentent chacun indépendamment un groupe alkyîène, cycloalkylène ou arylène ou une combinaison d'au moins deux de ces restes ;D et/ou G pouvant comporter au moins un hétéroatome - E représente un reste ou un reste -J-K-, J représentant K représentant une simple liaison ou, dans le cas des composés (Ia), un reste G représentant dans ce dernier cas un reste alkylène, cycloalkylène ou arylène ou une combinaison d'au moins deux de ces restes, et - R1, R2 et R3 représentant chacun indépendamment un atome d'hydrogène ou un reste alkyle, cycloalkyle ou aryle ou une combinaison d'au moins deux de ces restes - R4 R5, R6 et R7 représentant chacun indépendamment un atome d'hydrogène ou un reste alkyle ; et - a et b représentent chacun indépendamment un nombre entier de 1 à 3. 2 - Procédé de fabrication des composés de formule (Ia) ou (Ib) dans laquelle E représente un reste caractérisé par le fait que - dans une première étape, on fait réagir un composé de formule A-NH-D-NH2 (IIa) ou avec un composé de formule R5 et R6 représentant chacun un reste alkyle, aryle ou cycloalkyle, l'un de ces deux groupes représentant, de préférence, un reste aryle ou alkaryle, l'un d'eux pouvant par ailleurs représenter hydrogène, pour obtenir le composé de formule - dans une seconde étape, on fait réagir le composé (IVa) ou (IVb) avec le disulfure de carbone en présence d'au moins un agent oxydant, pour obtenir le composé - dans une troisième étape, on hydrolyse ou on réduit le composé (Va) ou (Vb) pour obtenir le composé de formule - dans une quatrième étape, on fait réagir le composé (VI) en milieu basique, avec un excès molaire du composé de formule Hal représentant un halogène. 3 - Procédé de fabrication d'un composé de formule (Ia) ou (Ib) dans laquelle E représente -J-K-, K représentant une simple liaison, caractérisé par le fait que - dans une première étape, on fait réagir un composé de formule avec le disulfure de carbone, en présence d'au moins un agent oxydant, pour obtenir le composé - dans une seconde étape, on fait réagir le composé (XIa) ou (XIb) avec le composé (VII). 4 - Procédé de fabrication de composés de formule (Ia) dans laquelle E représente -J-K, K représentant un reste caractérisé par le fait que - dans une première étape, on fait réagir un composé (Xa) avec un haloacide HalH, pour obtenir- le composé de formule - dans une seconde étape, on fait réagir le composé (XII) en milieu basique avec le composé de formule pour obtenir un mélange statistique des composés des formules - dans une troisième étape, on fait réagir les composés (XIV) et (XV) avec le disulfure de carbone, en présence d'au moins un agent oxydant. 5 - Utilisation du composé tel que défini à la revendication 1, comme agent ayant la triple fonction d'initiateur, d'agent de transfert de chaîne et d'agent de terminaison, dans la polymérisation radicalaire de monomères vinyliques ou diéniques. 6 - Oligomères et polymères vinyliques ou diéniques à fonctions terminales époxy, obtenus par polymérisation radicalaire d'au moins un monomère vinylique ou diénique, en présence d'au moins un composé tel que défini à la revendication 1. 7 - Utilisation des oligomères et polymères vinyliques ou diéniques à fonctions terminales époxy, tels que définis à la revendication 6, pour fabriquer des copolymères séquencés par condensation de leurs fonctions terminales en présence d'au moins un autre oligomère ou polymère fonctionnel.