Verfahren zur Herstellung von Phosphor und Stickstoff enthaltenden Polymeren
Es wurde gefunden, dass durch Umsetzung cyclischer Phosphornitrilhalogenide mit polyfunktionellen, oxalkylierten Aminen oder Diaminen wasserlösliche Kondensationsprodukte entstehen, die auch bei langen Reaktionszeiten nicht wasserunlöslich werden. Diese Produkte eignen sich, insbesondere nach vorhergehender Umsetzung mit Ammoniak, als hoch wirksame Flamm schutzwnittel für Cellulosetextilien.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung von Phosphor und Stickstoff enthaltenden Polymeren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man 1 Mol eines Phosphornitrilhalogenids der Formel
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worin Hal Chlor, Brom oder Fluor,
R einen organischen Rest, m eine ganze Zahl von 3 bis 8, n eine ganze Zahl von 2 bis 2m bedeuten, wobei 2 m-n mindestens 2 beträgt, und Hal und R an Phosphoratome gebunden sind, mit n bis n Mol eines oxalkylierten Amins der
4 Formel
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umsetzt,
worin R2 Wasserstoff oder niedrigmolekulares Alkyl,
Z einen gegebenenfalls Heteroatome enthaltenden Kohlenwasserstoffrest oder einen Rest der Formel
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oder -Alkylen-, X eine direkte Bindung, -O-, w -SO-, -S02-,
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oder eine geradkettige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte, gegebenenfalls substituierte Kohlenwasserstoffbrücke, mit 1 bis 6 zwischen den Benzolkernen liegenden Kohlenstoffatomen, und a, b, c und d ganze Zahlen von 1 bis 10 bedeuten, und
Alkylen 2 bis 18 Kohlenstoffatome enthält, gerad- kettig oser verzweigt, gesättigt oder ungesättigt, substituiert oder unsubstituiert ist und die Benzolkerne Subsituenten tragen können.
Als Phosphornitrilhalogenide der Formel (III) kommen z. B. die Umsetzungsprodukte von Ammoniumhalogeniden mit Phosphorpentahalogeniden, vorzugs- weise von NH4Cl mit PCl5, in Frage. Im allgemeinen kann man direkt die anfallenden Mischungen oder die daraus isolierten Fraktionen, z. B. (PsNsCl6) (P4N4Cl8) oder (PxNxCl-x), worin x 5 bis 8 bedeutet (vergl. französische Patentschrift Nr. 1 281 571, Seite 1) verwenden. Ein geeignetes Gemisch enthält z. B.
60-70 % (P:IN:.Clf 10-15 O/o (P4N4Cl8) und als Rest ein Gemisch (P.NxCl2x) mit x = 5 bis 8.
Der organische Rest R ist z. B. ein gegebenenfalls über en Heteroatom, wie Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff, an das Phosphoratom gebundener, gegebenenfalls substituierter Kohlenwasserstoffrest der aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen oder heterocyclischen Reihe. Der Rest R ist vorzugsweise ein aromatischer Rest wie Phenyl. Als Beispiel kann die Verbindung der Formel
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<tb> <SEP> C1 <SEP> cl
<tb> <SEP> P
<tb> <SEP> N <SEP> N
<tb> ci <SEP> il <SEP> 1 <SEP> Phenyl
<tb> <SEP> P
<tb> C1 <SEP> / <SEP> XNt <SEP> \Phenyl
<tb> angeführt werden.
Der Substituent Z wenn er für einen Kohlenwasserstoffrest steht. ist z. B. ein alivhatischer, gegebenenfalls substituierter Rest mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen (Methyl, Aethvl. IsoDroDyl, n-Butyl, n-Amyl. n-Hexyl, n-Oxtyl. n-Decvl. n-Dodecvl. n-Tetradecyl Cetyl. Stearvl, Arachinvl.
Behenvl, sek.Octvl. 2-Aethylhexvl, oxo Nonvl. oxo-Decvl Olevl. Benzvl Phenvläther). ein cycloaliphatischer Rest (Cyclohexyl, 4-Methylcyclohe- xyl, Cyclooctyl) oder ein gegebenenfalls substituierter aromatischer Rest (Phenyl, 2-, 3- oder 4-Methylphenyl, 3- oder 4-Chlorphenyl, 4-Fluorphenyl, 4-Bromphenyl, 2,4- oder 2,5-Dichlorphenyl, 2- oder 4-Methoxy- oder -Aethoxyphenyl, 4-Aethylphenyl, 2,4- oder 2,5-Dime- thylphenyl, Naphthyl-1 oder Naphthyl-2).
Der Rest Y leitet sich z. B. von folgenden Diaminen ab: 4,4'-Diamino-1,1'-diphenyl, 4,4'-Diamino-2,2'- oder -3,3'-dimethyl-, -dimethoxy- oder diäthoxy- oder -dichlor-l,l'-diphenyl, 4,4'-Diamino-1,1'- diphenyl-3,3'-dicarbonsäure, -3'-sulfonsäure, -2,2'-oder -3,3'-disulfonsäure, 4,4'-Diamino-2, 2'-dimethyl-1,1'-diphenyl-5-sulfonsäure, 4,4' Diamino-3,3'-dimethyl-1, 1'-diphenyl-6,6'-disul- fonsäure, 4,4'-Dilamino-3,3'-dicarboxymethoxy-l, 1'-diphenyl-4,4'-Diamino-1,1'-diphenyläther, 4, 4'-Diamino-1, '-diphenylsulfid-2,2'-disulfonsäu- re, 4,4'-Diamino-1,1'-diphenylmethan, 1, 1-Di-(4'- aminophenyl)-äthan, 2,2-Di-(4'-aminophenyl)-propan, Cyclohexyl, Phenyl-,
2-Chlorphenyl- oder 4 Chlorphenyl-di-(4'-aminophenyl)-methan, 4,4'-Diamino-dibenzyl-2,2'-disulfonsäure, 4,4'-Diamino stiiben-2,2'-disulfonsäure, 1,2-Di-(4'-aminophenyl)-äthan, 1,4-Di-(4'-aminophenyl)-butan, 1,6 Di-(4'-aminophenyl)-hexan, 1,3- oder 1,4-Diaminobenzol, 1,3-Diamino-4-methyl- oder -4-chlorben- zol, 1 ,4-Diamino-2-chlorbenzol, 1,2-Diaminoäthan, 1,2- oder 1,3-Diaminopropan, 1,4-Diaminobutan,
1,6-Diaminohexan, 1, 1O-Diaminodecan, 1 ,12-Di- aminododecan, 1,1 8-Diamino-octodecan.
Erwähnenswerte Verbindungen der Formel (1V) sind z. B. N-Methyl-, N-Aethyl-, N-Isopropyl-, N-Cyclohexvl-, N-Benzyl-N,N-di-(2'-hydroxyäthyl)- amin, Tris-(2'-hydroxyäthyl)-amin, N,N-Bis-(2'hydroxypropyl)-N-2"-hydroxyäthylamin, Bis- [4-N, N-di-(2'-hydroxyläthyl)- oder -(2'-hydroxypro- pyl)-aminophenyli -methan, 1,2-Bis- [4-N,N-di-(2'- hydroxyäthyl)- oder -(2'-hydroxypropyl)-aminophenvll-äthan, 1,2-Bis-rdi-(2'-hydroxyäthyl)- oder -(2'-hvdrnxvnropyl)-amino -äthan oder -propan, 4,4'-Bis- rdi-(2'-hydroxväthyl)-aminol -1,1 '-diphe- nyl, 1,4-Bis-[di42'-hydroxyäthyl)-amino]-benzol sowie die Anlagerungsprodukte von Aethylenoxid oder Propylenoxid an die vorgenannten Verbindungen.
Die Umsetzung der Phosphornitrilhalogenide der Formel (III) mit den Verbindungen der Formel (1V) kann in Anwesenhe;t oder Abwesenheit von Lösung bzw. Verdünnunqsmitteln oder von Kabalvsatoren und in einen weiten Temneraturbereich ausgeführt werden.
Als Lösungsmittel bzw. Verdünnungsmittel kommen nur éeenüber den Reaktionssartnern indifferente Lö suns- oder Verdünnunesmittel in Frage vorzugsweise solche, die mindestens einen der ReaktionsDartner lösen, z. B. aus der Kohlenwasserstoffreihe, vorzugsweise aromatische, gegebenenfalls chlorierte oder nitrierte Kohlenwasserstoffe, z.
B. der Benzolreihe, ferner Aether wie Diäthyläther, Di-isopropyläther, Methylbutyläther, D;oxan, Furan, Tetrahydrofuran, Anisol, Phenetol, tertiäre Amine, Pyridin, die Picoline, Ch:nolin, Dimethyloder Diäthylaminobenzol, N-Methyl- oder N-Aethylpiperidin, N-Methyl- oder N-Aethyl-morpholin, Amide wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Tetramethylharnstoff, Sulfoxide und Sulfone wie Dimethylsulfoxid, Tetramethylensulfon sowie als phosphororganisches Lösungsmittel das Hexamethylphosphoramid der Formel
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Als Katalysatoren eignen sich z. B. die oben erwähnten tertiären Amine, insbesondere Triäthylamin.
Die Temperatur kann in weiten Grenzen variieren, z. B. zwischen 50C und +200 "C. Bei tiefen Temperaturen nimmt die Reaktionsfähigkeit der Reaktionsteilnehmer ab unf auch die Löslichkeit ist recht begrenzt, sodass in der Praxis eine Temperatur von etwa -20 CC im allgemeinen nicht unterschritten wird, - und wenn möglich die Reaktion bei einer bequem einzuhaltenden Temperatur z. B. -10" bis 0 OC als untere Grenze ausgeführt wird. Andererseits ist bei hoher Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit zu gross, um eine gute Kontrolle der Umsetzung zu gestatten, sodass Temperaturen von 100 cm bis 200 0C eher zur Vervollständigung der Umsetzung bei trägen Reaktionspartnern anzuwenden sind.
Durch Konstanthaltung der Temperatur kann rnan die Umsetzung besser kontrollieren, sodass man reproduzierbare und einheitlichere Endprodukte erhält. Um die Temperatur konstant zu halten, kann man ein bei der Reaktionstemperatur siedendes Lösungsmittel verwenden. Bevorzugt sind Teçmperaturen von -10" bis 100 0C und insbesondere von 0 bis 50 "C.
Die Reaktion erfolgt vermutlich schrittweise unter Ausbildung von P-O-C-Bindungen, z. B.
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oder in Gegenwart einer tertiären Base:
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Durch weitere, gleichartige Reaktionsschritte entstehen oligomere und polymere Kondensations Produkte.
Wenn die Umsetzung beendet ist, kann man das Reaktionsprodukt z. B. durch Verdünnen mit einem geeigneten Mittel, vorzugsweise mit einem Alkohol wie Methanol, Aethanol, Isopropanol, oder mit einem anderen organischen Lösunrrsmittel wie Aceton oder Chloroform, ausfällen, dann absaugen und trocknen.
Durch Anwendung eines Überschusses an Phosnhor- nitrilhalogenid entstehen Produkte. die infolge ihres Gehaltes an freien Halogenatomen noch weitere Reaktionen eingehen können.
Durch Reaktion mit Ammoniak, primären oder sekundären Aminen können restliche Halogenatome umgesetzt werden. Als Amine kommen z. B. aliphatische, cycloaliphatische, aromatische oder heterocyclische primäre oder sekundäre Amine wie Methylamin, Aethylamin, Allylamin, Dimethylamin, Aethylenimin, Anilin, Gyclohexylarmin, Morpholin, Piperidin, in Frage. Die Reaktion mit Ammoniak kann entweder durch Eintragen der Kondensationsprodukte in flüssiges Ammoniak, durch Durchleiten von gasförmigem Ammoniak durch eine Suspension in einem geeigneten Mittel, z.
B. einem Alkohol, wie Methanol oder Aethanol oder durch Eintragen der Kondensationsprodukte in eine alkoholische ammoniakalische Lösung in einem weiten Temperaturbereich (100 bis + 100 "C, vorzugsweise 330 bis +30 OC) erfolgen.
An- die mit Ammoniak umgesetzten Produkte kann in einer weiteren, anschliessenden Reaktion Aethylenoxid oder Propylenoxid angelagert werden.
Die erhaltenen Produkte dienen als Flammenschutzmittel für Textilien, Kunststoffe und Kunstharze, als Antistatika, Hitzestayilisatoren und Mittel zur I(nitterfestausrüstung von Textilien.
In den folgenden Beispielen bedeuten die Teile Gewichtsteile und die Prozente Gewichtsprozente.
Die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.
Beispiel 1
37 Teile eines Gemisches cyclischer Phosphornitrilchloride der ungefähren Zusammensetzung 60-70 O/o (PNCl ) . 10-15 O/o (PNCl.)4 und Rest/0 (PNCI.), q werden in 100 Teilen Dimethvlformamid gelöst und unter äusserer Kühlung bei 20 mit einer Lösung von 25 Teilen 1,2-Bis-rdi-(2'-hydroxyäthyl)aminol-äthan in 100 Teilen Dimethylformamid versetzt.
Nach beendeter Zugabe gibt man, ebenfalls bei 20 27 Teile Triäthylamin hinzu. Die Reaktionsmischung wird 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, danach noch 3 Taae bei Raumtemperatur stehen gelassen und dann mit 200 Teilen Aethanol versetzt. Der erhaltene Niederschlag wird abfiltriert, mit Alkohol gewaschen und getrocknet. Das schwach gelblich gefärbte Produkt ist löslich in Wasser und kann mit Aethanol aus der wässrigen Lösung wieder ausgefällt werden. Es ist ferner löslich in Dimethylsulfoxid, dagegen unlöslich in Alkoholen, aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, chlorierten Kohlenwasserstoffen, Aethern, Ring äthern und Aceton. Das Produkt ist stark hygroskopisch.
Beispiel 2
10 Teile eines Gemischen cyclischer PhosDhornitrilchloride (val. Beispiel 1 ) in 30 Teilen Dimethylformamid werden unter den in Beispiel 1 aneegebenen Redineungen mit einer Lösung von 16 Teilen eines Anlaqerunsorodllktes von 7.2 Mol Aethvlenoxid an 1 Mnl 1 2-Bis- rdi-(2'-hvdroxyäthvl)-aminol -äthan in 30 Teilen nimethvlformamid versetzt.
Anschliessend werden 7.5 Teile Tristhvlatnin zugegeben und das Reak tionsqemisch bei Raumtemneratur zunächst 24 Stunden gerührt und anschliessend 3 Taee stehen (melassen. Danach versetzt man die Mischung mit 100 Teilen Aceton, filtriert das ausgefällte Produkt ab, wäscht es mit Aceton, löst es in wenig Methanol wieder auf, filtriert, und fällt erneut mit Aceton aus. Das leicht gelblich gefärbte Reaktionsprodukt ist löslich in Wasser, Alkoholen und Chloroform, jedoch unlöslich in Aether, aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen, sowie in Aceton.
Beispiel 3
34,8 Teile eines Gemisches cyclischer Phosphornitrilchloride (vgl. Beispiel 1) in 100 Teilen Dimethylformamid werden unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen mit einer Lösung von 15 Teilen Trí- äthanolamin in 100 Teilen Dimethylformamid versetzt.
Anschliessend werden 20 Teile Triäthylamin zugegeben und das Reaktionsgemisch 16 Stunden bei 200 gerührt.
Anschliessend gibt man Methanol zu, filtriert den Niederschlag ab, wäscht ihn mit Methanol und trocknet ihn. Das erhaltene Produkt ist sehr gut wasserlöslich.
Biespiel 4
50 Teile des im Beispiel 1 erhaltenen Reaktionsproduktes werden in 200 Teilen Methanol suspendiert.
Bei 10 bis 200 werden langsam 10 Teile gasförmiges Ammoniak eingeleitet. Anschliessend wird das Reaktionsprodukt abfiltriert, mit Methanol gewaschen und getrocknet. Es stellt ein weisses, in Wasser und in Aethylenglykol sehr gut lösliches Pulver dar, welches in Methanol und Aethanol schwer löslich ist und in anderen Lösungsmitteln (gegebenenfalls halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, in Aceton, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid) unlöslich ist.
PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Phosphor und Stickstoff enthaltenden Polymeren, dadurch gekennzeichnet, dass man 1 Mol eines Phosphornitrilhalogenids der Formel
EMI4.1
worin
R einen organischen Rest,
Hal Chlor, Brom oder Fluor, m eine ganze Zahl von 3 bis 8, und n eine Zahl von 2 bis 2m bedeuten,
2m-n mindestens 2 beträgt und
Hal und R an Phosphoratome gebunden sind, mit 4 bis n Mol eines oxalkylierten Amins der
4 Formel
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.