DE102008014558A1 - Polycarboxylic acid modified native epoxides with a specific ratio of epoxide-polycarboxylic acid in glycidyl ester epoxide, useful for preparing polyether and polyester - Google Patents
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Abstract
Description
Bekannt
ist, dass native Epoxide mit organischen Polycarbonsäuren
oder ihren Anhydriden zu Polyhydroxyestern bzw. Polyesternetzwerken
reagieren können (
Bekannt
ist auch, dass zum Reaktionsstart thermische Energie notwendig ist,
obwohl sowohl die Oxyranringöffnung als Basisreaktion als
auch die sich anschließende Polymerisation exotherm verlaufen.
Diese Startenergie kann u. a. auch durch Mikrowellenstrahlung aufgebracht
werden. Notwendig ist allerdings, dass die Monomereinheiten über
genügend OH-Gruppen als potentielle Mikrowellenresonatoren
verfügen. Ist das nicht der Fall, kann man Durchdringungspolymere
aus oben genannten EP-Harzen anwenden und die beginnende Polymerisation
der nativen Epoxide mit den Polycarbonsäureanhydriden nutzen,
in situ Resonanzstellen in der sogenannten Vorgelphase zu erzeugen,
mit deren Hilfe die Gesamtmischung mittels Mikrowellenstrahlung
ausgehärtet werden kann (
Neben
den oben genannten 2-komponentigen Harz-Härter-Formierungen
lassen sich native Epoxide unter UV-Strahlung 1-komponentig, also
mit sich selbst zu Polyethern polymerisieren. Man erzielt bei der
Polymerisation bei Verwendung von Sojaölepoxiden Abzugsgeschwindigkeiten
von > 7,5 m/min bzw.
bei Leinölepoxiden von 13 m/min (
Interessant
ist, dass die aus Drachen- bzw. h.Ω.-Leinölepoxiden
entstehenden Produkte eine außergewöhnlich hohe
Chemikalienresistenz besitzen, u. a. alkaliresistent sind (
Mithin lassen sich native Epoxide hoch Linolensäure haltiger Öle zu zwei Produktklassen polymerisieren:
- • mit Polycarbonsäuren 2-komponentig zu Polyethern,
- • mit sich selbst mittels UV-Katalysatoren zu Polyethern.
- With polycarboxylic acids 2-component to polyethers,
- • with itself by means of UV catalysts to polyethers.
Beide Polymerklassen besitzen Vor- und Nachteile, wie der Vergleich der Spalten 2 und 3 in Tab. 1 ausweist.Both Polymer classes have advantages and disadvantages, such as the comparison of Columns 2 and 3 in Tab. 1 identifies.
Ziel vorliegender Erfindung ist es, Polyether herzustellen, die Vorteile beider Systeme sowohl in den Verarbeitungseigenschaften als auch Produkteigenschaften besitzen.aim The present invention is to produce polyethers, the advantages Both systems both in the processing properties as well Own product properties.
Dabei werden folgende Ziele angestrebt:
- • eine kombinierte UV- und Mikrowellenanregung zur Erhöhung der Polymerisationsgeschwindigkeit,
- • 1-komponentige, Lösungsmittel freie Rezepturen,
- • Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit photoinitiierter Etherpolymerisationen,
- • Erhöhung der Haftfähigkeit der Polyether und
- • variable Einstellung der Viskositäten der Epoxidharzformierungen.
- A combined UV and microwave excitation to increase the rate of polymerization,
- • 1-component, solvent-free formulations,
- Increasing the reaction rate of photoinitiated ether polymerizations,
- Increasing the adhesion of polyethers and
- • variable adjustment of the viscosities of the epoxy resin moldings.
Die Lösung dieser erfinderischen Aufgabenstellungen ergibt sich dadurch, dass in die Epoxide eine katalytisch kleine Menge von Dicarbon- bzw. Dihydroxydicarbonsäuren nach einem Verdünnungsprinzip in das Epoxid einpolymerisiert wird.The Solution of this inventive task results This is due to the fact that in the epoxides a catalytically small amount of dicarboxylic or dihydroxydicarboxylic acids according to a dilution principle is polymerized into the epoxide.
Überraschenderweise kommt es dabei dann nicht zur vernetzenden Polymerisation am Eintragungsort, wenn man die einzutragenden Säuren in sehr hoher Verdünnung, also in einem Lösungsmittel geringer Löslichkeit für die Säure langsam einführt und das Epoxid ebenfalls in verdünnter Form vorliegt. Nach dem Ausreagieren am Siedepunkt des Lösungsmittels destilliert man dieses ab. Man erhält Produkte, deren Viskositäten im Bereich 300 ≤ η40 ≤ 2000 mm2/s gegeben sind und somit den jeweiligen maschinentechnischen Gegebenheiten am Verarbeitungsort der Epoxidharzmischungen angepasst werden können.Surprisingly, this does not lead to crosslinking polymerization at the point of entry if the acids to be introduced are slowly introduced in very high dilution, that is to say in a solvent of low solubility for the acid, and the epoxide is likewise present in dilute form. After reacting at the boiling point of the solvent, this is distilled off. This gives products whose viscosities in the range 300 ≤ η 40 ≤ 2000 mm 2 / s are given and thus can be adapted to the respective technical conditions at the processing of the epoxy resin mixtures.
Für
die noch nicht durch Mikrowellenstrahlung unterstützte
Photopolymerisation steigt die Polymerisationsgeschwindigkeit durch
die beim Säureeinbau entstehenden OH-Gruppen. Sie wirken
katalytisch auf die Oxiranringöffnung. Man kann am Anwachsen
der Polyetherbande bei 1100 cm–1 diesen
Effekt IR-spektrokopisch verfolgen. Gegenüber dem reinen
Epoxid steigt die Extinktion dieser Bande bei den vorpräparierten
Gemischen deutlich scheller. Der Anstieg ist in
Die
eingeführten OH-Gruppen können aber 2-fach wirken.
Neben der katalytischen Wirkung bei der Ringöffnungsreaktionen über
die H-Brückenbildung stellen sie zusätzliche Resonanzstellen
für die Mikrowelleneistrahlung dar bei einer kombinierten
UV/MW-initiierten Polymerisation. D. h. es steigen die Aufheiz-
und damit Abzugsgeschwindigkeit der Photopolymerisation (Gl. 1). mit:
R
= 0, Alkyl
n = 0, 1, 2
MWR MikrowellenresonatorHowever, the introduced OH groups can act twice. In addition to the catalytic effect in the ring-opening reactions via H-bonding, they represent additional resonance sites for microwave radiation in a combined UV / MW-initiated polymerization. Ie. the heating and thus the speed of removal of the photopolymerization increase (equation 1). With:
R = O, alkyl
n = 0, 1, 2
MWR microwave resonator
Für die Photopolymerisation scheint durch den Verlust von Oxyranringen zunächst diese Strategie kontraproduktiv zu sein, da die Reaktionsgeschwindigkeit von der Oxyranringkonzentration abhängt. Überraschenderweise steigt jedoch bei hoch Linolsäure haltigen Epoxiden aus h.-Ω.-Leinöl oder Drachenkopföl die Abzugsgeschwindigkeit bei der Photopolymerisation auf ca. 40 m/s. Zusätzlich nimmt die Haftfähigkeit dieser Polymerisate auf den Oberflächen zu.For the photopolymerization seems due to the loss of Oxyranringen First, this strategy to be counterproductive, since the Reaction rate depends on the Oxyranringkonzentration. Surprisingly However, it increases with high linoleic acid containing epoxides h.-Ω.-linseed oil or dragon's head oil the withdrawal speed in the photopolymerization to about 40 m / s. additionally takes the adhesion of these polymers on the surfaces to.
Da bei diesen Epoxiden mit 6 bis 8 Oxiranringen pro Molekül genügend für die Polymerisation verfügbare Oxiranringe vorliegen, besitzt für das Reaktionsgeschehen die mitunter befürchtete Abbruchreaktion nach Gl. 2 auch keine Relevanz ν: Since there are sufficient oxirane rings available for the polymerization in these epoxides with 6 to 8 oxirane rings per molecule, the sometimes feared termination reaction according to Eqs. 2 also no relevance ν:
Eine
wesentliche Reaktionsbeschleunigung erreicht man auch dadurch, dass
man dem Epoxid eine kleine Menge Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid
(MTHPA) zusetzt. Spuren von Wasser, die herstellungsbedingt im Epoxid
immer vorhanden sind, liefern Säurespuren, die die thermische
Reaktion zwischen Epoxid und MTHPA startet. Bei anschließender
UV-Bestrahlung erfolgt eine wesentliche schnellere Reaktion zu Polyethern,
wie der Anstieg der Viskositäten zu Abhängigkeit
der Reaktionszeit in
Auch
Gemische aus Leinölmethylesterepoxiden mit Polycarbonsäure
lassen sich nach oben genannten Verfahren herstellen (Tab. 2). Sie
können u. a. als Reaktivverdünner für
1- oder 2-komponentige Epoxidharzsysteme genutzt werden. Tabelle 2: Konzentrationen und Viskositäten
bei Leinölmethylesterepoxidderivaten der Malein-(MS), Oxal-(OX) und
Weinsäure WS
- 1)MV Massenverhältnis aus Polycarbonsäuremenge zur Epoxidmenge
- 1) MV mass ratio of polycarboxylic acid to the amount of epoxy
VersuchsdurchführungExperimental Procedure
Polycarbonsäure modifizierte native EpoxideModified polycarboxylic acid native epoxides
-
- AA
- Herstellung der CopolymerePreparation of the copolymers
- A1A1
- Copolymerisate von Glycidestern 3 g h.-Ω.-Leinölglycidesterepoxid der Type EP-10/1 werden mit 0,05 g Weinsäure gelöst in Aceton 2 h in der Siedehitze des Acetons umgesetzt, anschließend das Aceton abdestilliert.Copolymers of glycidyl esters 3 g h.OMEGA.-linoleic glycidesterepoxide Type EP-10/1 are dissolved with 0.05 g of tartaric acid in acetone for 2 h at the boiling point of the acetone, then distilled off the acetone.
- A2A2
- 3,2 g Leinölmethylesterepoxid mit ca. 10% Oxyransauerstoffgehalt werden mit 0,15 g Weinsäure umgesetzt und wie unter A1 beschrieben weiter behandelt.3.2 g of linseed methyl ester epoxide with about 10% oxy-oxygen content are with 0.15 g of tartaric acid implemented and treated as described under A1 further.
- A3A3
- Ähnlich wie bei A1 bzw. A2 werden die Copolymerisate der Oxal- bzw. Maleinsäure hergestellt. Die Mengenverhältnisse sind in der Tabelle 2 aufgelistet.Similar to at A1 and A2, the copolymers of oxalic or maleic acid produced. The proportions are in the table 2 listed.
- BB
- Photopolymerisation Alle Polymerisate werden mit 1% UV Katalysator vom Typ des Triarylsulfoniumhexafluoroantimonats bzw. -phosphates mit einer Hg-Lampe bei 365 nm polymerisiert.photopolymerization All Polymers are reacted with 1% UV catalyst of the type of triarylsulfonium hexafluoroantimonate or Phosphate polymerized with a Hg lamp at 365 nm.
- CC
-
Prüfung des
photochemischen Verhaltens der Copolymere
Gemische, die auf
3 g EP-10/1 0,05 g Säure und 1% Katalysator enthalten,
werden mit UV-Strahlung gemäß B bestrahlt und
im Intervall von n × 1 min mit n = 0, 1, ...4 IR-spektroskopisch
untersucht. Dazu bildet man das Extinktionsverhältnis der
Etherbande bei 1100 cm–1 zum Referenzsignal
bei 1244 cm–1 und trägt
es gegen die Zeit auf (
1 ).Examination of the Photochemical Behavior of the Copolymers Mixtures containing 0.05 g of acid and 1% of catalyst per 3 g of EP-10/1 are irradiated with UV radiation according to B and in the interval of n × 1 min with n = 0.1 , ... 4 IR spectroscopy. For this purpose, the extinction ratio of the ether band at 1100 cm -1 to the reference signal at 1244 cm -1 and forms it against the time (1 ).
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