DD289282A5 - PROCESS FOR PREPARING ALPHA, OMEGA DIHYDROXYTRIBLOCKCODIOLS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von a,v-Dihydroxytriblockcodiolen, die zum Beispiel zur hydrophilen Ausruestung von Polyurethanwerkstoffen oder als nichtionogene polymere grenzflaechenaktive Stoffe anwendbar sind. Die Erfindung hat das Ziel, auf einfache Weise neuartige hydrophil ausgeruestete a,v-Blockcodiole zur Verfuegung zu stellen. Das Ziel wird erfindungsgemaesz dadurch erreicht, dasz a,v-Tetrahydrofurandiole mit einer mittleren Molmasse von 300 bis 2 000 g/mol und einer Funktionalitaet 1,8 im Verhaeltnis 1:1 bis 10:1 zielgerichtet mit * copolymerisiert werden.{a,v-Dihydroxytriblockcodiol, a,v-Tetrahydrofurandiol; * Stufenpolymerisation; Grenzflaechenaktivitaet; Hydrophilie}The invention relates to a process for the preparation of α, α-dihydroxytriblock codiols which are applicable, for example, to the hydrophilic preparation of polyurethane materials or as non-ionogenic polymeric surfactants. The object of the invention is to provide in a simple manner novel hydrophilic-equipped a, v block codiols. The object is achieved according to the invention by the fact that a, v-tetrahydrofuran-diols having an average molar mass of 300 to 2000 g / mol and a functionality 1.8 in the ratio 1: 1 to 10: 1 are purposefully copolymerized with * Dihydroxytriblock codiole, a, v-tetrahydrofurandiol; * Stage polymerization; Grenzflaechenaktivitaet; hydrophilicity}
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von σ,ω-Dihydroxytriblockcodiolen, die zum Beispiel zur hydrophilen Ausrüstung von Polyurethanwerkstoffen oder als nichtionogene polymere grenzflächenaktive Stoffe anwendbar sind.The invention relates to a process for the preparation of σ, ω-dihydroxytriblock codiols which are applicable, for example, to the hydrophilic finish of polyurethane materials or as nonionic polymeric surfactants.
Seit der Einführung des Polyadditionsprinzips in die Praxis der Polymersynthese, insbesondere für die Stoffklassen der Polyurethane und Epoxidharze, gewinnt der Aufbau von Polymeren aus α,ω-funktionellen Oligomeren zunehmend Raum als tragfähige Entwicklungsrichtung auf dem Kunststoffgebiet. So sind heute wohl definierte, α,ω-funktionelle oligomere Produkte der Alkylenoxide, des Butadiens, der 1,3-Dioxacyclane, von Alkenen, Lactonen und Lactamen eingeführte Produkte der Polymerenchemie. Als funktioneile Gruppe fungieren: -OH, -COOH, -NH2, -Halogene, auch die C=C-Doppelbindung (Makromere). Die Oligomere können sowohl mit einer als auch mit verschiedenen funktioneilen Gruppen ausgerüstet sein. Während am Anfang dieser Entwicklungsrichtung Oligomere bevorzugt aus einer Monomersorte aufgebaut waren, gelangten bald Co- und Teroligomere zur Anwendung, wobei die Art der Verknüpfung und die Reihenfolge der Monomerbausteine zunächst von untergeordneter Bedeutung waren. Doch mit fortschreitender Analysentechnik und dem immer besseren Verständnis für die Zusammenhänge zwischen Struktur und Eigenschaften der Polymere und ihrer oligomeren Vorprodukte wurde die weitere Entwicklung auf dem Gebiet der Oligomersynthese von Aufgabenstellungen zum Aufbau segmentiert und schließlich blockcopolymerer Produkte bestimmt.Since the introduction of the polyaddition principle in the practice of polymer synthesis, especially for the classes of polyurethanes and epoxy resins, the construction of polymers of α, ω-functional oligomers increasingly gaining space as a viable development direction in the field of plastics. Thus, well-defined, α, ω-functional oligomeric products of alkylene oxides, butadiene, 1,3-dioxacyclanes, introduced by alkenes, lactones and lactams products of polymer chemistry today. Functional groups include: -OH, -COOH, -NH 2 , -halogens, as well as the C = C double bond (macromers). The oligomers can be equipped with one or with different functional groups. While at the beginning of this development direction oligomers were preferably constructed from a monomer type, soon co- and teroligomers were used, the nature of the linkage and the order of the monomer units were initially of minor importance. However, as the analysis technique progressed and the understanding of the relationships between the structure and properties of the polymers and their oligomeric precursors increased, the further development in the field of oligomer synthesis was segmented from tasks to the construction and finally determined by block copolymeric products.
Üblicherweise werden Copolymere und -oligomere des Tetrahydrofurans durch Copolymerisation der jeweiligen Monomere synthetisiert. Für derartige Verfahren werden seit 1981 (US-PS 4299993) Patente angemeldet. Als Comonomere sind beispielsweise beschrieben: Propylenoxid, Ethylenoxid, Nitroglycidylether, Epichlorhydrin, 1,3-Dioxolan (GB-PS 2022106, GB-PS 2025995). Die Synthesen werden mit Initiatoren wie BF3-etherat, Essigsäureanhydrid, Perchlorsäure, SnCI4 und auch SO3H- bzw. CFxRySOjH-terminierten Harzen gestartet. Ziel der Copolymerisation sind neben der allgemeinen Eigenschaftsmodifizierung, insbesondere die Formulierung definierter funktioneller Gruppen (-OH1-CH2OH7-OR). Die Verfahren werden bei Raumtemperatur unter Inertgastmosphäre ausgeführt. Die Reaktionszeiten liegen bei 7 bis 16 Stunden. Die Struktur der Oligomere ist nicht einheitlich. Hierbei entstehen bevorzugt Copolymere mit statistischer Verteilung. Auf diese Weise werden bestimmte, an das Auftreten endlicher Segmente des jewei'igen Monomeren gebundene Eigenschaften nicht wirksam bzw. über das Oligomermolekül statistisch verteilt. Deutliche Verbesserungen werden dann orreicht, wenn die Copolymerisation als Stufenpolymerisation ausgeführt wird. Dabei wird die Reaktion mit einem Monomer gestartet, bis zum gewünschten Polymerisationsgrad geführt und dann mit dem zweiten Monomer fortgesetzt (E.Franta et al. Makromelecular Chem., Makromolecu.'ar Symp. 13/14 (1988), 127; St.Penczek et al. Makromolecular Chem., Makromolecular Symp.3 [1986], 203). Eine derartige „living"- oder „quasi-living"-Polymerisation ist technisch äußerst schwer behorrschbar, da sich die Konzentration der aktiven Zentren, vor allem beim Übergang von einem zum anderen Monomer, nicht signifikant ändern darf, wenn die unerwünschte Homopolymerbildung vorhindert werden soll. Die herkömmlichen Varianten der Reaktionsführung einer derartigen Stufenpolymerisation werden beispielsweise für die Synthese von Polyolen zur Anwendung in Polyurethansystemen beschrieben (DH-OS 2035134, GB-PS 1120223). Hier wird nach einer anionisch initiierten Propylenoxidpolymerisation ein Segment aus Ethylenoxidbausteinen aufpolymerisiert. Ziel dieser Verfahren sind Blockcopolymere mit hydrophilen Eigenschaften und vor allem mit hohen Anteilen an primären OH-Endgruppen, um eine hohe Reaktivität der Polyole bei der Umsetzung mit Di- und Polyisocyanaten zu gewährleisten.Usually, copolymers and oligomers of tetrahydrofuran are synthesized by copolymerization of the respective monomers. Patents have been filed for such processes since 1981 (US Pat. No. 4,299,993). As comonomers are described, for example: propylene oxide, ethylene oxide, nitroglycidyl ether, epichlorohydrin, 1,3-dioxolane (GB-PS 2022106, GB-PS 2025995). The syntheses are started with initiators such as BF 3 -etherate, acetic anhydride, perchloric acid, SnCl 4 and also SO 3 H- or CFxRySOjH-terminated resins. The aim of the copolymerization are in addition to the general property modification, in particular the formulation of defined functional groups (-OH 1 -CH 2 OH 7 -OR). The processes are carried out at room temperature under an inert atmosphere. The reaction times are 7 to 16 hours. The structure of the oligomers is not uniform. In this case, preference is given to copolymers having a statistical distribution. In this way, certain properties bound to the appearance of finite segments of the particular monomer are not effective or statistically distributed over the oligomer molecule. Significant improvements are achieved when the copolymerization is carried out as a stage polymerization. The reaction is started with a monomer, led to the desired degree of polymerization and then continued with the second monomer (E.Franta et al., Makromelecular Chem., Makromolecu.'ar Symp., 13/14 (1988), 127, St. Penczek et al., Makromolecular Chem., Makromolecular Symp.3 [1986], 203). Such "living" or "quasi-living" polymerization is technically extremely difficult to hear, since the concentration of active sites, especially in the transition from one monomer to another, must not change significantly if the unwanted homopolymer formation is to be prevented , The conventional variants of the reaction of such a stage polymerization are described for example for the synthesis of polyols for use in polyurethane systems (DH-OS 2035134, GB-PS 1120223). Here, after an anionically initiated propylene oxide polymerization, a segment of ethylene oxide units is grafted on. The aim of these processes are block copolymers having hydrophilic properties and, above all, high contents of primary OH end groups in order to ensure a high reactivity of the polyols in the reaction with diisocyanates and polyisocyanates.
Einen ähnlichen Aufbau zeigen Tetrahydrofuran-Ethylenoxidcopolyole, die von Y.lkeda et al. im J.Chem.Soc. Jpn. (1986), S. 699-705, beschrieben werden. Ein Tetrahydrofi'randiol wird dabei mit Alkati zum Alkoholat gewandelt und in der Art einer anionisch initiierten Alkylenoxidpolymerisation wird Ethylenoxid aufpolymerisiert. Die Umsetzung wird bei erhöhter Temperatur und unter Druck ausgeführt.A similar structure is shown by tetrahydrofuran-ethylene oxide copolyols described by Y.lkeda et al. in J. Chem. Soc. Jpn. (1986), pp. 699-705. A tetrahydrofi'randiol is converted with alkoxide to the alcoholate and ethylene oxide is grafted in the manner of an anionically initiated alkylene oxide. The reaction is carried out at elevated temperature and under pressure.
bis 3000g/mol herzustellen.to produce up to 3000g / mol.
2000g/mol und einer Funktionalität > 1,8 im Verhältnis 1:1 bis 10:1 derart mit 1,3,6-Trioxocan copolymerisiert werden, daß siezunächst mit etwa dem zehnten bis zwanzigsten Teil der Gesamtmenge des 1,3,6-Trioxocans bei Temperaturen zwischen 30 und500C gut gemischt, durch das Eimragen von 0,05 bis 0,1 mol (bevorzugt 0,028 bis 0,033mol) Initiator pro rnol OH-Gruppsn die2000g / mol and a functionality> 1.8 in the ratio 1: 1 to 10: 1 are copolymerized with 1,3,6-trioxocane such that it is first with about one tenth to twentieth of the total amount of the 1,3,6-trioxocane mixed well at temperatures between 30 and 50 0 C, by the Eimragen of 0.05 to 0.1 mol (preferably 0.028 to 0,033mol) initiator per rnol OH Gruppsn the
wird, daß die aktuelle Monomerkonzentration an den Reaktionszentren annähernd konstant bleibt, und nach 15 bis 60 Minutenis that the current monomer concentration remains approximately constant at the reaction centers, and after 15 to 60 minutes
erfindungsgemäße Verfahren kann auch in Lösungsmitteln wie Toluen oder halogenieren Kohlenwasserstoffen ausgeführtwerden. Nach dem Abtreiben der leicht verdampfbaren Anteile (Lösungsmittel und Wasser aus dem Neutralisationsprozeß)sowie einer Filtration liegen die erfindungsgemäßen a.co-Dihydroxytriblockcodiole, die durch die allgemeine Formel-|(CH2)jO(CH2)2O(CHj)Oln-[(CHj)4OJin-[(CH,)jO(CH,)2OCH2O]n-mitn = 1-30 und m = 1-25 dargestellt werden können, alsmäßig viskose, wasserhelle Flüssigkeiten vor.The process according to the invention can also be carried out in solvents such as toluene or halogenated hydrocarbons. After the readily evaporable fractions (solvent and water from the neutralization process) and a filtration have been stripped off, the a.c.-dihydroxytriblockcodiols according to the invention, which are represented by the general formula | (CH 2 ) jO (CH 2 ) 2 O (CHj) n - [(CHj) 4OJ in - [(CH,) jO (CH,) 2OCH 2 O] n where n = 1-30 and m = 1-25 are present as viscous, water-light liquids.
hydrophoben [(CH2J4OnI-BIoCk und zwei hydrophile 1(CH2I2O(CHj)2OCH2OJnn-BlOCkO verfügen sie über Grenzflächenaktivität. Dierelativen Molmassen der Blockcodiole können gezielt zwischen 1000 und 3000g/mol und das Blocklängenverhältnis zwischen1:1 und 10:1 eingestellt werden.hydrophobic [(CH 2 J 4 O n I-BIoCk and two hydrophilic 1 (CH 2 I 2 O (CHj) 2 OCH 2 OJn n -BlOCkO have interface activity.) Molecular weight of the block codiols can be between 1000 and 3000g / mol and the block length ratio can be set between 1: 1 and 10: 1.
eignen sich vorzüglich zur Herstellung elastischer Polyurethane.are particularly suitable for the production of elastic polyurethanes.
40g (0,042 mol) Tetrahydrofurandiol mit einer zahlenmittleren Mrlmasse von 950g/mol werden mit 9,9g (0,084 mol)1,3,6-Trioxocan (TO) gemischt und unter Rühren auf 50°C temperisiert. Die Initiierung der Blockcopolymerbildung erfolgt mit0,354g einer 70%igen HCIO4. Der Start der Reaktion wird durch einen lc.nperaturanstieg um 3 bis 50C in weniger als 5 Minutensignalisiert. Zur Verlängerung der TO-Segmente werden weitere 29,7g (0,252 mol) TO derart zugetropft, daß die40 g (0.042 mol) of tetrahydrofurandiol having a number average Ml mass of 950 g / mol are mixed with 9.9 g (0.084 mol) of 1,3,6-trioxocane (TO) and tempered with stirring to 50 ° C. Initiation of the block copolymer formation occurs with 0.354g of a 70% HCIO 4 . The start of the reaction is a lc.nperaturanstieg 3 to 5 0 C in less than 5 Minutensignalisiert. To extend the TO segments further 29.7 g (0.252 mol) of TO are added dropwise such that the
wird mit 40%iger KOH-Lösung neutralisiert. Nachdem alle leicht verdampfbaren Anteile aus der Polymermischung mittelsis neutralized with 40% KOH solution. After all easily volatile fractions from the polymer mixture by means of
mäßig viskose Flüssigkeit mit einem TO/OH-Verhältnis von 4:1.moderately viscous liquid with a TO / OH ratio of 4: 1.
OHZ -= 55OHZ - = 55
Mn = 1930g/molM n = 1930g / mol
Hw-c = 1150mPasHw-c = 1150mPas
F =- 1,89F = -1.89
Erfolgt nach Erreichen des Temperaturmaximums nach Initiierung keine weitere Zugabe von TO, sondern sofort der Abbruch der Polymerbildung mittels KOH, so erhält man ein Copolydiol mit einem TO/OH-Verhältnis von 1:1.If, after initiation, no further addition of TO is obtained after the temperature maximum has been reached, but the termination of polymer formation by means of KOH is stopped immediately, a copolydiol having a TO / OH ratio of 1: 1 is obtained.
OHZ = 95OHN = 95
Mn = 1200g/molM n = 1200g / mol
Iso'c = 950mPasIso'c = 950mPas
F =2F = 2
Als Basispolyol wird ein Tetrahydrofurandiol mit einer zahlenmittleren Molmasse von 2000g/mol eingesetzt. Es werden 84g (0,042mol) Diol mit 9,9g (0,042mol) TO gemischt auf 500C temperiert und analog Beispiel 1 zur Copolymerbildung gebracht. Dreißig Minuten nach Erreichen des Temperaturmaximums werden weitere 9,9g (0,042mol) TO zugetropft. Anschließend erfolgt der Abbruch mit 40%iger KOH und die Aufarbeitung wie oben beschrieben. Man erhält somit ein Codiol mit einem TO/OH-Verhältnis von 2:1.The base polyol used is a tetrahydrofuran diol having a number average molecular weight of 2000 g / mol. There are 84 g (0.042 mol) of diol mixed with 9.9 g (0.042 mol) of TO tempered to 50 0 C and brought analogously to Example 1 for copolymer formation. Thirty minutes after reaching the maximum temperature, a further 9.9 g (0.042 mol) of TO are added dropwise. The demolition is then carried out with 40% KOH and the workup as described above. This gives a codiol with a TO / OH ratio of 2: 1.
OHZ - 44,4OHC - 44.4
Mn = 2400g/molM n = 2400g / mol
F = 1,9F = 1.9
Um eine bessere Verteilung von Initiator und Monomeren! im Basispolyol zu erzielen, wird mit Lösungsmitteln in trockener Form gearbeitet. Hierbei ist darauf zu achten, daß stets ein Lösungsmittel/Polymer-Verhältnis von 10:1 gewahrt wird, d. h. daß bei der Dosierung von Rest-TO nach erfolgter Initiierung die erforderliche Menge Lösungsmittel mit in die Mischung eingebracht wird. Hierzu wurden40g(0,042mol)Tetrahydrofurandiol mit einer zahlenmittleren Molmasse von950g/mol und 9,9g (0,084mol)TO in 500g Toluen vorgelegt und mit 0,354g einer 70%igen HCIO4 gestartet. Ein Temperaturanstieg ist hier wegen der großen Lösungsmittelmenge und damit schnellen Abführung der in geringem Maße freiwerdenden Wärme nicht zu beobachten. Nach 30 Minuten werden weitere 39,6g (0,335 mol) TO in 400g Toluen zudosiert. Nach Abbruch der Copolymerbildung mit 40%iger KOH werden das Lösungsmittel und andere flüchtige Anteile am Rotationsverdampfer abrotiert und das Produkt durch eine Fritte gesaugt. Man erhält ein klares, mäßig viskoses Codiol mit einem TO/OH-Verhältnis von 5:1.For a better distribution of initiator and monomers! in the base polyol, working with solvents in dry form. It is important to ensure that a solvent / polymer ratio of 10: 1 is always respected, d. H. that in the dosage of residual TO after initiation, the required amount of solvent is introduced into the mixture. To this was added 40 g (0.042 mol) of tetrahydrofurandiol having a number average molecular weight of 950 g / mol and 9.9 g (0.084 mol) of TO in 500 g of toluene and starting with 0.354 g of a 70% strength HCIO4. A rise in temperature is not observed here because of the large amount of solvent and thus rapid removal of heat released to a small extent. After 30 minutes, a further 39.6 g (0.335 mol) of TO are added in 400 g of toluene. After stopping the copolymer formation with 40% KOH, the solvent and other volatile components are rotary evaporated on a rotary evaporator and the product is sucked through a frit. A clear, moderately viscous codiol having a TO / OH ratio of 5: 1 is obtained.
OHZ = 49,4OH = 49.4
Mn =2100g/molM n = 2100g / mol
F = 1,85F = 1.85
Neben HCIO4 als Initiator läßt sich das System auch mit anderen Protonensäuren zur Copolymerbildung bringen.In addition to HCIO 4 as an initiator, the system can also bring with other proton acids for copolymer formation.
Es wurden 63g (0,042 mol) eines Tetrahydrofurandiols mit einer zahlenmittleren Molmasse von 1500 g/mol mit 9,9g (0,042 mol) TO gemischt und auf 500C temperiert. Mittels 0,249g CF3SO3H wird die Copolymerbildung eingeleitet.There were 63g (0.042 mol) of a mixed tetrahydrofurandiol with a number average molecular weight of 1500 g / mol with 9.9 g (0.042 mol) of TO and heated to 50 0 C. The copolymer formation is initiated by means of 0.249 g of CF3SO3H.
Weitere 19,8g (0,1676mol) TO werden 30 Minuten nach Erreichen desTemperaturmaximums über einen Tropftrichter zudosiert.Another 19.8 g (0.1676 mol) of TO are metered in 30 minutes after reaching the maximum temperature via a dropping funnel.
Abbruch und Aufarbeitung erfolgen wie bereits beschrieben. Man erhält ein viskoses Blockcopolyol mit einem TO/OH-VerhältnisDemolition and processing take place as already described. A viscous block copolyol having a TO / OH ratio is obtained
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD33500789A DD289282A5 (en) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | PROCESS FOR PREPARING ALPHA, OMEGA DIHYDROXYTRIBLOCKCODIOLS |
Applications Claiming Priority (1)
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DD33500789A DD289282A5 (en) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | PROCESS FOR PREPARING ALPHA, OMEGA DIHYDROXYTRIBLOCKCODIOLS |
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