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Verfahren zur Herstellung von Aminotriazin-Aldehyd-Kondensationsprodukten aus
Aminotriazinen, Alkoholgruppen enthaltenden Verbindungen und Aldehyden
Durch die französische Patentschrift Nr. 827014 ist bekannt geworden, dass man durch Kondensation von Aminotriazinen mit Aldehyden und Alkoholgruppen enthaltenden Verbindungen Produkte erhalten kann, deren Eigenschaften sich je nach Art und Menge der verschiedenen Komponenten in sehr weiten Grenzen variieren lassen und die demgemäss der mannigfaltigsten Verwendung fähig sind. Als Katalysatoren werden hiezu Säuren oder Basen verwendet. So sind auf der Grundlage genannter Erfindung sowohl Press-und Giessmassen, wie auch Lackgrundkörper, Klebstoffe, Textilveredlungsmittel u. dgl. von ausgezeichneten Eigenschaften herstellbar.
Die Alkoholgruppen enthaltenden Körper, die im folgenden einfach als Alkohole bezeichnet werden sollen, gehen offenbar mit den anderen beiden Komponenten ätherartige Bindungen ein. Durch den Eintritt der Alkohole in das Molekül der Kondensationsprodukte werden die Löslichkeitseigenschaften, Wasserfestigkeit, Härtbarkeit usw. weitgehend beeinflusst. Daneben verläuft eine Kondensation bzw. Polymerisation der gebildeten Harze, die bis zur Bildung unlöslicher Produkte fortschreiten kann.
In der eingangs genannten Patentschrift wurde bereits darauf hingewiesen, dass es nach diesem Verfahren u. a. gelingt, in Benzinkohlenwasserstoffen klar lösliche Kondensationsprodukte zu erhalten. Immerhin ist die Darstellung der in der Lackindustrie besonders geschätzten, in Benzinkohlenwasserstoffen klar löslichen Lacke nicht so einfach, da in der Wärme Ätherbildung und Kondensation in schwer kontrollierbarer Weise nebeneinander verlaufen. Insbesondere bei Anwendung oder Mitverwendung hochmolekularer Alkohole verläuft die Verätherung manchmal so langsam, dass die Kondensation schon zu weit geht, bevor eine genügende Ver- ätherung eingetreten ist.
Es hat sich nun herausgestellt, dass diese in der Wärme nebeneinander verlaufenden Vorgänge zeitlich weitgehend getrennt werden können. Wendet man im Gegensatz zu der üblichen Arbeitsweise beträchtliche Mengen von sauren Katalysatoren an und hält die Temperatur unter 50 C, so tritt in erster Linie Verätherung der Methylolgruppen mit den Alkoholen ein, ohne dass eine Polymerisation in grösserem Umfang stattfindet.
Zweckmässig arbeitet man ungefähr bei Zimmertemperatur und verwendet auf 1 Mol Triazin mindestens ! und bis zu 1 Mol und mehr einer starken Mineralsäure. Organische Säuren müssen unter diesen Temperaturbedingungen in noch grösserer Menge angewendet werden. Je nach der Natur des Alkohols kann die Verätherung dabei ausserordentlich rasch erfolgen, ohne dass nennenswerte Kondensation oder Polymerisation eintritt.
Dieser Umstand ist um so überraschender, als bekanntlich Triazin-Aldehyd-Kondensationsprodukte in Gegenwart von Mineralsäuren sehr leicht in wasserunlösliche, hochpolymerisierte Produkte übergehen.
Man kann auch vorteilhaft in Gegenwart eines Verdünnungsmittels arbeiten, das aus einem Überschuss des angewendeten Alkohols oder zweckmässig aus einem indifferenten Kohlenwasserstoff besteht, wodurch nach der Neutralisation die Abtrennung des vorhandenen Wassers und der gebildeten Salze erleichtert wird. Die Neutralisation kann mit den verschiedensten Mitteln durchgeführt werden ; so haben sich neben Natronlauge, Soda, Bicarbonat und Ätzkalk auch Calciumcarbonat und Magnesiumoxyd bewährt.
Man kann einerseits direkt vom Gemisch eines Aminotriazins, eines Aldehydes und eines oder mehrerer Alkohole ausgehen, wobei der Aldehyd auch in wässeriger Lösung vorliegen kann. Es kann aber auch zweckmässig sein, das Aminotriazin zuerst getrennt, sei es sauer, neutral oder alkalisch, mit dem Aldehyd reagieren zu lassen und das erhaltene, mehr oder weniger weit kondensierte Reaktionsprodukt gegebenenfalls ganz oder teilweise zu entwässern. Letzteres Produkt wird dann in dem Alkohol oder dem Gemisch verschiedener Alkohole, eventuell unter Zusatz von Kohlenwasserstoffen suspendiert und nach Zugabe eines sauren Katalyten kräftig verrührt.
Im allgemeinen tritt im Verlauf weniger Minuten bis zu einigen Stunden Auflösung ein oder es bildet sich bei Anwesenheit grösserer Mengen Wasser eine Emulsion, die keine oder
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nur unbedeutende Mengen ungelöster Feststoffe enthält. Das Rühren wird dann bis zur Erzielung einer ausreichenden Verätherung fortgesetzt, die
Säure genau neutralisiert und von den ausge- schiedenen Salzen oder Salzlösungen abgetrennt.
Bei Verwendung der in an sich bekannter Weise hergestellten, leicht verseifbaren partiellen, d. h. freie OH-Gruppen enthaltenden Glyceride der hochmolekularen Fett-und Harzsäuren nimmt man die Neutralisation zweckmässig mit so schwach basischen Verbindungen vor, dass weder
Verseifung noch Salzbildung mit den Fettsäuren eintritt, also z. B. mit den Carbonaten der Erd- alkalien. Die sauren Katalysatoren können ent- weder in konzentrierter Form oder in wässeriger
Lösung angewendet werden, immerhin wird man einerseits die Einführung zu grosser Wasser- mengen vermeiden, anderseits bei Gegenwart stark ungesättigter Fettsäuren die Mineralsäuren, wie Schwefelsäure oder Salzsäure, nicht in
Konzentrationen verwenden, bei denen Anlagerung des Säurerestes an die Doppelbindungen zu befürchten ist.
Die Aldehydmenge kann in weiten Grenzen schwanken, im allgemeinen erhält man mit 1-2 Mol Aldehyd auf jede Aminogruppe des Triazins gute Resultate.
Die zur Verwendung gelangenden Alkoholmengen können ebenfalls in weiten Grenzen schwanken. Niedrig siedende Alkohole können in solchem Überschuss verwendet werden, dass sie gleichzeitig als Lösungsmittel oder Lösungvermittler dienen, es dürfen dabei 10-20 Mol und mehr auf 1 MolAminotriazin zur Reaktionsmischung zugesetzt werden. Von den höher molekularen Alkoholen, die bei zulässigen Temperaturen nicht destillierbar sind, werden zweck- mässig nicht mehr als 2-3 Mol auf 1 Mol Aminotriazin zur Anwendung gebracht. Man kann aber auch schon mit beträchtlich geringeren Mengen sehr gute Effekte erzielen, z. B. mit einem Bruchteil eines Mols.
Durch Destillation, zweckmässig im Vakuum, werden die Lösungsmittel wiedergewonnen und das Produkt praktisch lösungsmittelfrei erhalten.
Die neuen Produkte sind meistens hellfarbige bis farblose viskose Harze, die sich durch besonders gute Lagerbeständigkeit auszeichnen, in den meisten Lösungsmitteln und Lösungsmittelgemischen löslich sind und als Weichmacher für Nitrolacke, Zusätze zu Druckfarben u. dgl. Anwendung finden. Vor allem aber sind sie äusserst wertvolle Ausgangsmaterialien für luftund ofentrocknende Lacke, in die sie meist in einfachster Weise übergeführt werden können. Vollständig neutrale Produkte sind im allgemeinen gegen Erwärmung sehr beständig.
Werden diese Kondensationsprodukte, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden, nun mit geringen Mengen saurer Katalysatoren auf höhere Temperaturen erwärmt, so erhält man je nach Temperatur und Dauer mehr oder weniger hoch polymerisierte und gegebenenfalls umgeätherte Produkte. Bei den trocknende Fettsäuren enthaltenden Produkten steigt auch die
Trockenfähigkeit an der Luft, besonders in
Gegenwart von Metalltrockenstoffen.
Unter Alkoholen sollen sowohl Monoalkohole verstanden sein, wie Polyalkohole und deren
Derivate, die noch mindestens eine freie Hydroxylgruppe enthalten.
Unter den Aminotriazinen kommt in erster Linie 2,4, 6-Triamino-1, 3,5-triazin, gewöhnlich Melamin genannt, in Betracht. Daneben seien z. B. genannt Melam, Melem, Melon, Ammelin und Ammelid, Formoguanamin usw.
Verwendet man Formaldehydverbindungen von Aminotriazinen, so kann man entweder von den in bekannter Weise herstellbaren Methylolverbindungen bzw. von Methylolverbindungen enthaltenden Gemischen oder aber von solchen Kondensationsprodukten ausgehen, welche durch Wärmebehandlung bereits höher polymer geworden sind.
Als Kohlenwasserstoffe zur Verdünnung des Reaktionsgemisches kommen sowohl aliphatische und hydroaromatische als auch aromatische Kohlenwasserstoffe in Betracht. Genannt seien Benzol, Toluol, Xylol, Solventnaphtha, Lackbenzin, Dipenten u. dgl.
Zur Erzielung sehr hellfarbiger Lacke ist es bei Gegenwart sauerstoffempfindlicher Komponenten zweckmässig, während der Reaktion die Luft auszuschliessen und gegebenenfalls in einem Strom eines inerten Gases zu arbeiten.
Die Reaktion kann auch unter gleichzeitigem oder nachträglichem Zusatz von Stoffen vorgenommen werden, die mit den Komponenten oder Reaktionsprodukten zu reagieren vermögen. Die Produkte können auch mit natürlichen oder künstlichen Harzen, Ölen, Weichmachern u. dgl. vermischt werden.
In der britischen Patentschrift Nr. 486577 ist zwar bereits erwähnt, dass die Reaktion zwischen Aminotriazinen, Aldehyden und Alkoholen bei gewöhnlicher Temperatur herbeigeführt werden könne. Es wurde aber dort nirgends gezeigt, unter welchen Bedingungen hiebei technisch brauchbare Produkte erhalten werden können.
Die Beispiele der genannten Patentschrift beziehen sich restlos auf die Verätherung bei Temperaturen oberhalb 50 o. Auch die weitere zur Durchführung vorliegender Reaktion unerlässliche Vorbedingung, dass verhältnismässig beträchtliche Mengen starker Säuren verwendet werden, ist genannter Patentschrift nicht zu entnehmen.
Das Verfahren kann durch folgende Beispiele erläutert werden, ohne dass dadurch dessen Umfang beschränkt wird. Alle Mengenangaben beziehen sich auf Gew.-Teile ; die Temperaturgrade sind Celsiusgrade.
Beispiel 1 : 126 Teile Melamin werden in
EMI2.1
gelöst und so lange bei 90 behandelt, bis eine Probe der Kondensationslösung, mit der doppelten Menge Wasser verdünnt, eine Harzfällung gibt.
Hierauf werden im Vakuum 260 Teile Wasser abdestilliert. Die erhaltene Kondensationslösung wird noch warm (60 ) in eine Lösung von 800 Teilen
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Butanol und 100 Teilen Salzsäure konz. ein- gerührt. Man erhält so eine Mischung mit einer Temperatur von etwa 400. Nach einer halben
Stunde werden unter Rühren 50 Teile Soda und
15 Teile Kochsalz zugesetzt. Nachdem diese
Salze gelöst sind, lässt man die beiden gebildeten
Phasen sich trennen. Die abgetrennte butanolische
Schicht enthält nun pro kg noch etwa 0-07 Mol
Säure. Um deren Wassergehalt wesentlich herab- zusetzen, werden im Vakuum etwa 150 Teile abdestilliert.
Vollständige Entwässerung wird durch Zusatz weiterer Mengen Butanol und nachträgliche
Destillation erreicht. Das erhaltene harzartige
Produkt ist in den meisten organischen Lösungs- mitteln löslich und kann für Lackzwecke sowie als Weichmacher verwendet werden.
Verwendet man an Stelle von 600 Teilen
Formaldehyd nur 300 Teile und verfährt sonst in analoger Weise, wie oben angegeben, so erhält man ein Harz von ähnlichen Eigenschaften, das aber leichter härtbar ist.
Beispiel 2 : 126 Teile Melamin werden in
600 Teilen neutraler, 30% iger Formaldehyd- lösung bei 90'gelöst und so lange kondensiert, bis eine Probe der Kondensationslösung beim
Abkühlen Harz ausscheidet. Die Lösung wird hierauf im Vakuum oder auf einem Walzen- trockner zur Trockne gebracht und das so ge- wonnene Produkt gemahlen.
300 Teile des Trockenproduktes werden mit
800 Teilen Methylalkohol und 100 Teilen Ameisensäure 16 Stunden bei Zimmertemperatur geschüttelt. Es entsteht eine klare Lösung, die als Lack oder als Zwischenprodukt für weitere
Kondensationen verwendet werden kann.
Beispiel 3 : 324 Teile in bekannter Weise gewonnenes Hexamethylolmelamin werden in eine Lösung, bestehend aus 800 Teilen Isopropanol und 100 Teilen konzentrierter Salzsäure, in der Kälte eingerührt. Nach etwa einer halben Stunde ist eine Lösung entstanden, die nach 20 Stunden mit Natronlauge neutralisiert wird, wobei zwei Schichten entstehen. Die alkoholische Schicht wird im Vakuum eingedampft, dann in Benzol aufgenommen und filtriert. Beim Eindampfen der benzolischen Lösung erhält man 440 Teile eines klaren viskosen Harzes, das in Alkoholen, Benzol usw., nicht aber in Wasser löslich ist und ins- besondere in der Lacktechnik Verwendung findet.
Beispiel 4 : 100 Teile des in bekannter Weise hergestellten Monoglycerids der Leinölfettsäuren werden in 140 Teilen Äthanol und 100 Teilen Toluol gelöst und 64 Teile Hexamethylolmelamin darin suspendiert. Dann werden 20 Teile konz.
Salzsäure auf einmal unter lebhaftem Rühren zugegeben. In etwa einer Stunde entsteht eine klare Lösung. Man rührt bei Zimmertemperatur noch etwa 16 Stunden langsam weiter und neutralisiert durch Zugabe von 20 Teilen Kreidemehl unter mehrstündigem Rühren. Nach Verdünnung mit 100 Teilen Toluol wird filtriert, im Scheidetrichter zweimal mit je 200 Teilen Wasser gewaschen und die Toluolschicht im
Vakuum eingedampft. Es hinterbleibt ein dick- flüssiges, helles Harz, das in aromatischen Kohlen- wasserstoffen und deren Gemischen mit Alkoholen leicht löslich ist. Vermutlich handelt es sich hier noch um Gemische aus Äthyläthern und Glycerid- äthern des Hexamethylolmelamins, bei denen noch ein Teil der Hydroxylgruppen der hohen
Alkohole in freiem Zustand vorliegen.
Durch Erwärmen des Harzes in etwa 60% iger
Lösung über den Siedepunkt des Äthylalkohols hinaus in Gegenwart von etwa 2-3% Phthal- säureanhydrid tritt unter Abspaltung von Äthylalkohol Umesterung und teilweise Polymerisation ein. Das Umwandlungsprodukt ist in Benzinkohlenwasserstoffen leicht löslich. Aufstriche verbacken bei 150 zu harten, biegsamen Überzügen und durch Zusatz von Sikkativen entstehen gut lufttrocknende Lacke.
Beispiel 5 : Ein Gemisch von 6 Teilen Holzöl und 24 Teilen Leinöl wird in bekannter Weise in das Monoglycerid übergeführt und mit 20 Teilen eines gemischten Leinöl-Kolophoniumglyce- rids vereinigt. Dann fügt man 70 Teile Äthanol und 50 Teile Benzol hinzu, suspendiert in der Lösung 32 Teile Hexamethylolmelamin und gibt unter lebhaftem Rühren 10 Teile 50% iger Schwefelsäure dazu. Nach kurzer Zeit tritt Lösung ein. Man rührt noch 14 Stunden bei Zimmertemperatur weiter und neutralisiert dann durch mehrstündiges Rühren mit Kreidemehl. Nach Abfiltrieren des gebildeten Calciumsulfat trennt man im Scheidetrichter das ausgeschiedene Wasser ab und destilliert im Vakuum. Das hinter- bleibende Harz ist etwas dunkler als das in
Beispiel 4 beschriebene, zeigt jedoch im übrigen ähnliche Eigenschaften.
Es enthält noch etwa
18% Lösungsmittel, die Ausbeute beträgt 90 g, die Säurezahl 0. Auch dieses Harz lässt sich in gleicher Weise, wie in Beispiel 4 beschrieben, zu einem Lack nachkondensieren, der im Ofen bei 130-150 sehr harte, wasserfeste und biegsame Überzüge liefert.
Das gemischte Leinöl-Kolophoniumglycerid wird hergestellt, indem 150 Teile Kolophonium mit 150 Teilen Lackleinöl und 105 Teilen Glycerin unter Zusatz von 0-5 Teilen Ätznatron im Stickstoffstrom im Rührkessel eine Stunde auf 270-280'erhitzt werden. Die Säurezahl der Schmelze beträgt 0-2. Etwas überschüssiges Glycerin kann durch Waschen mit Wasser entfernt werden.
Beispiel 6 : 3600 Teile des in Beispiel 5 verwendeten gemischten Glycerids aus Holzöl und Leinöl werden in 5000 Teilen 95% igem Äthylalkohol gelöst, dann 2300 Teile Hexamethylolmelamin eingetragen und in 2-3 Portionen mit 1060 Teilen einer aus 360 Teilen konz.
Schwefelsäure und 700 Teilen Eis hergestellten verdünnten Schwefelsäure versetzt. Nach 2-3 Stunden ist eine Emulsion entstanden, die keine festen Bestandteile mehr enthält. Man erwärmt nun auf 400 und rührt bei dieser Temperatur noch 5 Stunden weiter, neutralisiert dann mit 600 Teilen Kreidemehl durch mehrstündiges
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