DE10118232A1 - Herstellung von dihydroxyfunktionellen ((Meth)acrylsäureestern - Google Patents
Herstellung von dihydroxyfunktionellen ((Meth)acrylsäureesternInfo
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Abstract
Die Anmeldung beschreibt ein neues verbessertes Verfahren zur Herstellung von Trimethylolpropanmono(meth)acrylat durch katalytische Verseifung unter heterogener Katalyse. DOLLAR A Das Produkt hat einen geringeren Anteil an vernetzenden Nebenprodukten sowie einen geringen Gehalt an Wasser.
Description
Die Erfindung betrifft ein Trimethylolpropanmono(meth)acrylat mit geringerem
Gehalt an vernetzenden Nebenprodukten sowie Wasser, ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung von Trimethylolpropanmono(meth)acrylat mit
geringerem Gehalt an vernetzenden Nebenprodukten sowie Wasser und die
Verwendung von Trimethylolpropanmono(meth)acrylat mit geringerem Gehalt
an vernetzenden Nebenprodukten sowie Wasser zur Herstellung von
Klebstoffen.
Die Erfindung betrifft im besonderen ein Verfahren zur Herstellung von
Trimethylolpropanmono(meth)acrylat mit geringem Di- und Trimethacrylatanteil
und mit sehr geringem Wassergehalt.
Trimethylolpropanmonomethacrylat läßt sich in hoher Reinheit nicht durch die
Umesterung von Methylmethacrylat oder durch die Veresterung von
Methacrylsäure mit Trimethylolpropan synthetisieren. Auf diesem Weg entsteht
ein Produktgemisch aus mono-, di- und trifunktionellen Estern, das nur mit
größtem Aufwand getrennt werden kann, oder die Ausbeuten sind niedrig
(Ausbeute 52% in Gegenwart von Schwefelsäure innerhalb einer
Reaktionsdauer von 3 Stunden und einer Selektivität von 91%, siehe
JP 06100495).
Um den Monoester zu erhalten, wählt man deshalb den Syntheseweg über
einen geschützten Alkohol. Als geschützter Alkohol wird das ketalysierte
Trimethylolpropan gewählt. Diese Zwischenstufe ist auf gängige Art herstellbar.
Unter Dioctylzinnkatalyse wird das Trimethylolpropan-ketal-methacrylat aus
Methylmethacrylat durch Umesterung gewonnen. Anschließend wird
hydrolysiert, um zum Zielprodukt zu gelangen. In der Literatur erfolgt
säurekatalysiert die Hydrolyse von 5-Ethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxan-5-
ylmethacrylat (US 1,366,079, US 3,210,327, US 4,056,496 und JP 06100495).
Alle zitierten Quellen beschreiben einen Verfahrensschritt, der eine
Neutralisation der Säure am Ende der Reaktion notwendig macht. Die
Hydrolyse von geschützten Dihydroxy(meth)acrylaten ist am Beispiel der
Synthese von Glycerinmono(meth)acrylat vorbeschrieben. Diese Verbindung
kann aus Glycidyl(meth)acrylat (siehe JP 60215650) oder aus
Isopropylidenglyceryl(meth)acrylat (JP 98-124533) mittels Ionenaustauscher
hergestellt werden, allerdings bleibt in beiden Fällen 4-6% der
Ausgangsverbindung unumgesetzt. Zudem ist das Produkt nur bedingt
wasserfrei herzustellen (zwischen 1-2%, eigene Laborversuche). Der
Wassergehalt ist für manche Anwendungen zu hoch.
Die Erfindung beschreibt eine Synthese von dihydroxyfunktionellen
Methacrylaten gemäß Formel I
Für die Bedeutung der Abkürzung gilt folgendes:
R1 und R2 können gleich oder auch verschieden sein und bedeuten eine C1- C4-Alkylgruppe, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl oder Tertiärbutyl. Ebenso kann eine cyclische Alkylgruppe gemeint sein, wie Cyclopentyl oder Cyclohexyl, wobei die cyclische Alkylgruppe durch ein oder mehrere weitere Alkylgruppen, wie z. B. Methyl, Ethyl substituiert sein kann. Ferner können R1, und R2 auch aromatische Ringe bedeuten, wie z. B. Benzyl oder Methylbenzyl.
R3 kann bedeuten H, Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl oder Tertiärbutyl. Ebenso kann eine cyclische Alkylgruppe gemeint sein, wie Cyclopentyl oder Cyclohexyl, wobei die cyclische Alkylgruppe durch ein oder mehrere weitere Alkylgruppen, wie z. B. Methyl, Ethyl substituiert sein kann.
R4 steht für Wasserstoff oder Methyl.
R1 und R2 können gleich oder auch verschieden sein und bedeuten eine C1- C4-Alkylgruppe, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl oder Tertiärbutyl. Ebenso kann eine cyclische Alkylgruppe gemeint sein, wie Cyclopentyl oder Cyclohexyl, wobei die cyclische Alkylgruppe durch ein oder mehrere weitere Alkylgruppen, wie z. B. Methyl, Ethyl substituiert sein kann. Ferner können R1, und R2 auch aromatische Ringe bedeuten, wie z. B. Benzyl oder Methylbenzyl.
R3 kann bedeuten H, Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl oder Tertiärbutyl. Ebenso kann eine cyclische Alkylgruppe gemeint sein, wie Cyclopentyl oder Cyclohexyl, wobei die cyclische Alkylgruppe durch ein oder mehrere weitere Alkylgruppen, wie z. B. Methyl, Ethyl substituiert sein kann.
R4 steht für Wasserstoff oder Methyl.
Die Ausgangsverbindung gemäß Formel II wird in an sich bekannter Weise aus
den Verbindungen der Formel III
(Bedeutungen der Reste wie oben) gewonnen.
Verbindungen der Formel V (Bedeutungen der Reste wie oben) können als
Verunreinigung der Ausgangssubstanzen bzw. als Nebenprodukte der
Reaktion auftreten.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, Trimethylolpropanmono(meth)acrylat zur
Verfügung zu stellen, das einen möglichst geringen Wassergehalt aufweist und
wenig vernetzend wirkende Begleitstoffe gemäß der allgemeinen Formel (V)
enthält. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen,
welches das Trimethylolpropanmono(meth)acrylat in der angestrebten Qualität
zur Verfügung stellt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich gezielt monofunktionelle
(Meth)acrylate mit hohem HO-Grunpengehalt herstellen. Die synthetisierten
Produkte sind dabei gekennzeichnet durch ihren geringen Anteil an Di- bzw.
Tri(meth)acrylat sowie den sehr niedrigen Wassergehalt. Das Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, daß ein fester Katalysator verwendet wird, der die
Abtrennung bzw. Rückgewinnung nach der Reaktion und damit die
Wiederverwendung ermöglicht, einen Neutralisationsschritt im Vergleich zur
flüssigen Säure erspart und auch zu weniger Nebenreaktionen, insbesondere
zu weniger Farbe im Vergleich zu H2SO4 führt. Die einfache Handhabung ist
ein großer Vorteil des erfindungsgemäß beschriebenen Verfahrens.
Mit den erfindungsgemäß hergestellten Monomeren sind unvernetzte Polymere
mit hohem HO-Gruppengehalt zugänglich. Der geringe Vernetzergehalt
resultiert in besseren mechanischen Eigenschaften der Polymeren, bedingt
durch eine verringerte Sprödigkeit. Damit zeichnen sich die Polymere auch
durch ihre gute thermoplastische Verarbeitbarkeit aus.
Die Viskosität der Polymeren mit geringerem Vernetzergehalt ist im Vergleich
mit Polymeren mit Vernetzergehalten entsprechend dem Stand der Technik
geringer.
Ebenso sind Polymere mit geringerem, erfindungsgemäßen Vernetzergehalt
weniger spröde, d. h. sie zeigen eine deutliche Steigerung der Schlagzähigkeit
(siehe Tabelle) bei vergleichbarer Vicat Temperatur. Die Vicat-Temperatur der
Polymere wurde gemäß ISO 306 bestimmt.
Die Polymere wurden folgendermaßen hergestellt: MMA (90 Gew.-%), das
jeweilige Comonomer (10 Gew.-%) und AIBN (0,1%) werden gemischt und in
eine Polymerisationkammer eingefüllt. Die Reaktion erfolgt im Wasserbad bei
50°C über Nacht. Dann werden die Platten 3 h bei 60°C und 4 h bei 100°C im
Trockenschrank getempert. Man erhält klare, transparente Platten, wobei sich
die Platte aus PMMA-co-I durch eine extreme Glashaftung auszeichnet. Daher
ist dieses durch die Vielzahl an Hydroxygruppen gekennzeichnete Polymer für
die Anwendung in Reaktivklebstoffen und Reaktivbeschichtungen,
Melaminharzen, in Dentalfüllungen, Lacken und in optischen Materialien (u. a.
Kontaktlinsen) sowie zur nachträglichen Vernetzung, z. B. mit Isocyanaten,
geeignet.
Durch den Einsatz eines im Reaktionsgemisch unlöslichen Kationentauschers
(Dowex), wird 5-Ethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxan-5-ylmethylmethacrylat (EDDMA)
hydrolysiert. Der Ionentauscher ist im Gegensatz zu homogenen
Katalysatorsystemen (Säure) leicht vom Produkt abzutrennen, was die
Handhabung der Reaktion generell sehr vereinfacht. Zudem entfällt eine
Neutralisation der Reaktionslösung und eine Extraktion des Produktes,
wodurch die Kosten durch den verringerten Lösungsmittelbedarf gesenkt
werden können. Ein großer Vorteil dieser Methode ist, daß
Trimethylpropanmonomethacryat durch einen azeotropen Entwässcrungsschritt
nahezu wasserfrei (zwischen 0% und 1%, gewöhnlich < 0,5%, insbesondere <
0,2%) unter Verwendung von nur geringen Mengen an Stabilisator (< 120 ppm)
hergestellt werden kann. Das klare (Farb-Zahl (nach APHA) < 30, gewöhnlich <
20) und sehr reine Produkt (< 97-98%, < 1,5% restliches Edukt) zeichnet sich
durch eine geringe Trübungszahl in Diethyletherlösung (< 1,5 NTU) aus.
Weitere Nebenprodukte sind Trimethylolpropan (TMP, < 0,3%),
Trimethylolpropantri- (TMPTMA, < 0,05%) bzw. dimethacrylat (TMPDMA,
< 0,03%). Der minimale Gesamtvernetzergehalt beträgt somit zwischen 0%
und 0.2%, gewöhnlich < 0.1%, charakteristisch < 0.5%. Außerdem ist der
Katalysator nach einfacher Reinigung wiederzuverwerten.
Die Bestimmung der Reinheit der erhaltenen Produkte erfolgte mittels
Gaschromatographie.
Der Wassergehalt der Produkte wurde nach der Karl-Fischer-Methode
bestimmt. (DIN 51 777 oder ISO 760).
Die Bestimmung der Farbzahl APHA erfolgte gemäß DIN 53 409 oder ISO
2211.
Die Gehalte an Methacrylsäureestern wurden gaschromatographisch bestimmt.
Als Säule wurde eine UCCW-Säule (Vinylmethylpofysiloxan UCCW-982,4%
auf Chromosorb W AW-DMCS, 60-80 mesh, max. Arbeitstemperatur: 300°C)
eingesetzt bei einer Säulentemperatur von 130°C, 1 min isotherm,
Temperaturprogramm = 130 bis 310°C, 15°C/min.
Das Verfahren eignet sich dort, wo sauer katalysierte Reaktionen möglich sind.
Durch die Verwendung einer festen Säure wird die Aufarbeitung erleichtert und
eine schonende Entwässerung ermöglicht. Der Wassergehalt des Wassergehalt des Produktes
wird dadurch verringert. Trimethylolpropanmonomethacrylat wird verwendet zur
nachträglichen Vernetzung nach der Polymerisation, z. B. mit Isocyanaten,
Melaminharzen, in Dentalfüllungen, Klebstoffen, Lacken und in optischen
Materialien (u. a. Kontaktlinsen).
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel I
wobei gilt:
R3 kann bedeuten H, Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl oder Tertiärbutyl, ebenso kann eine cyclische Alkylgruppe gemeint sein, wie Cyclopentyl oder Cyclohexyl, wobei die cyclische Alkylgruppe durch ein oder mehrere weitere Alkylgruppen, wie z. B. Methyl, Ethyl substituiert sein kann.
R4 steht für Wasserstoff oder Methyl,
indem man Verbindungen der Formel II
in Gegenwart eines sauren Ionenaustauschers in Gegenwart eines polaren Lösungsmittels und Wasser hydrolysiert, wobei ein Produkt der Formel I entsteht, mit einem Wassergehalt von 0-maximal 0,5 Gew.-%, eine Farb- Zahl (bestimmt nach APHA) von < 30, und eine Trübungszahl in Diethylether < 1,5 NTU,
wobei gilt:
R1 und R2 können gleich sein oder auch verschieden sein und bedeuten eine C1-C4-Alkylgruppe, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl oder Tertiärbutyl, ebenso kann eine cyclische Alkylgruppe gemeint sein, wie Cyclopentyl oder Cyclohexyl, wobei die cyclische Alkylggruppe durch ein oder mehrere weitere Alkylgruppen, wie z. B. Methyl, Ethyl substituiert sein kann, ferner können R1 und R2 auch aromatische Ringe bedeuten, wie z. B. Benzyl oder Methylbenzyl.
wobei gilt:
R3 kann bedeuten H, Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl oder Tertiärbutyl, ebenso kann eine cyclische Alkylgruppe gemeint sein, wie Cyclopentyl oder Cyclohexyl, wobei die cyclische Alkylgruppe durch ein oder mehrere weitere Alkylgruppen, wie z. B. Methyl, Ethyl substituiert sein kann.
R4 steht für Wasserstoff oder Methyl,
indem man Verbindungen der Formel II
in Gegenwart eines sauren Ionenaustauschers in Gegenwart eines polaren Lösungsmittels und Wasser hydrolysiert, wobei ein Produkt der Formel I entsteht, mit einem Wassergehalt von 0-maximal 0,5 Gew.-%, eine Farb- Zahl (bestimmt nach APHA) von < 30, und eine Trübungszahl in Diethylether < 1,5 NTU,
wobei gilt:
R1 und R2 können gleich sein oder auch verschieden sein und bedeuten eine C1-C4-Alkylgruppe, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl oder Tertiärbutyl, ebenso kann eine cyclische Alkylgruppe gemeint sein, wie Cyclopentyl oder Cyclohexyl, wobei die cyclische Alkylggruppe durch ein oder mehrere weitere Alkylgruppen, wie z. B. Methyl, Ethyl substituiert sein kann, ferner können R1 und R2 auch aromatische Ringe bedeuten, wie z. B. Benzyl oder Methylbenzyl.
2. Verbindung gemäß Formel I, erhältlich nach einem Verfahren gemäß
Anspruch 1.
3. Verwendung der Verbindung nach Anspruch 2 als Comonomer in
Dentalanwendungen, Klebstoffen, Lacken und in optischen Materialien (u. a.
Kontaktlinsen).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10118232A DE10118232A1 (de) | 2001-04-11 | 2001-04-11 | Herstellung von dihydroxyfunktionellen ((Meth)acrylsäureestern |
Applications Claiming Priority (1)
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DE10118232A DE10118232A1 (de) | 2001-04-11 | 2001-04-11 | Herstellung von dihydroxyfunktionellen ((Meth)acrylsäureestern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10118232A1 true DE10118232A1 (de) | 2002-10-24 |
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ID=7681321
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10118232A Withdrawn DE10118232A1 (de) | 2001-04-11 | 2001-04-11 | Herstellung von dihydroxyfunktionellen ((Meth)acrylsäureestern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10118232A1 (de) |
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Effective date: 20121101 |