DE1034857B - Verfahren zur Herstellung methylolierter Derivate von Polyureidopolyamiden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung methylolierter Derivate von Polyureidopolyamiden

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DE1034857B
DE1034857B DER13038A DER0013038A DE1034857B DE 1034857 B DE1034857 B DE 1034857B DE R13038 A DER13038 A DE R13038A DE R0013038 A DER0013038 A DE R0013038A DE 1034857 B DE1034857 B DE 1034857B
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urea
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Sidney Melamed
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Rohm and Haas Co
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G12/00Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen
    • C08G12/46Block or graft polymers prepared by polycondensation of aldehydes or ketones on to macromolecular compounds

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  • Medicinal Chemistry (AREA)
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Description

  • Verfahren zur Herstellung methylolierter Derivate von Polyureidopolyamiden Die Erfindung betrifft die Herstellung von Methylolderivaten von Polyamin-Caprolactam-Ureidkondensaten. Solche Derivate umfassen sowohl oxymethyl- als auch alkoxymethylsubstituierte Kondensate.
  • Polyureidopolyamide werden durch Umsetzung von Harnstoff mit Kondensaten von Alkylenpolyaminen mit s-Caprolactam erhalten. Diese Kondensate werden durch Mischen von s-Caprolactam mit einem oder mehreren Alkylenpolyaminen in Mengen von 3 : 1 bis 1 :1 Mol und Erhitzen des Gemisches auf 150 bis 250° C, vorzugsweise 180 bis 230° C, hergestellt. Das Reaktionsgemisch wird zweckmäßig unter vermindertem Druck erhitzt, um nicht umgesetztes Amin abzuscheiden und ein lösliches Kondensat zu erhalten.
  • Dieses Kondensat wird mit Harnstoff in solcher eienge erhitzt, daß 1 Mol Harnstoff oder mehr für je zwei - N H-Gruppen vorliegt. Das Kondensat und der Harnstoff werden auf eine Temperatur zwischen 100 und 200° C, vorzugsweise 110 und 160° C, erhitzt, wobei. Ammoniak entwickelt wird. Dabei entsteht ein Polyureidopolyamid, welches zur Herstellung der Methylolderivate benutzt wird.
  • Bei der Reaktion von Harnstoff und Kondensat wird zweckmäßigerweise das sich bildende Ammoniak aufgefangen und titriert. Dadurch erhält man eine ziemlich genaue Vorstellung von dem umgesetzten Harnstoff. Daraus kann die Menge Formaldehyd berechnet werden, die bei der Herstellung der Methylolderivate angewandt werden muß.
  • Es kann ein Überschuß an Harnstoff je -NH-Gruppe von etwa 30% benutzt werden; aber der Überschuß kann auch 100'% betragen. Das wäre aber die obere Grenze; bevorzugt ist immer ein 30% nicht übersteigender Überschuß anzuwenden.
  • Was die Herstellung der Polyamin-Caprolactam-Kondensate betrifft, so können hier als geeignete Polyamine die folgenden verwendet werden: Äthylendiamin, Propylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin, Pentaäthylenhexamin und ähnliche Polyäthylenpolyamine, Dipropylentriamin, N,N'-Di-(aminoäthyl)-propylendiamin u, dgl. Man kann die Polyamine einzeln und in Gemischen miteinander verwenden. Die gewöhnlichen Alkylenpolyamine haben die Formel NH2(ANH)xH, in der A eine Alkylengruppe mit 2 bis 3 Kohlenstoffatomen und x eine ganze Zahl, gewöhnlich nicht über 5, bedeutet. Unter Alkylenpolyaminen oder Äthylenpolyaminen werden ganz .allgemein diese verschiedenen Amine verstanden. Bevorzugt werden die Äthylenpolyamine.
  • Zur Umwandlung der Polyureidopolyamide in Methylolderivate wird Formaldehyd benutzt, der in Form wäßriger Formaldehydlösungen mit 30 bis 50% Formaldehyd unter Verwendung von depolymerisierbaren Formaldehydpolymeren oder in Form alkoholischer Lösungen des Formaldehyds angewandt wird. Die letzteren eignen sich besonders, wenn die Oxymethylgruppen in Alkoxymethylgruppen umgewandelt werden sollen.
  • Die Oxymethylverbindungen werden gewöhnlich hergestellt, wenn das pH der Reaktionsmischung zwischen 7 und 10 liegt. Die Reaktion selbst wird zwischen 10 und 100° C ausgeführt.
  • Im allgemeinen soll die zuzusetzende Formaldehydmenge so groß sein, daß wenigstens 1 Mol Formaldehyd für jede vorhandene Ureideänheit vorliegt. Es kann mehr Formaldehyd umgesetzt werden, da die Amidgruppen des Polyamin-Caprolactam-Ureidkondensats ebenfalls mit Formaldehyd reagieren. Selbst nicht umgesetzter Harnstoff nimmt 1 bis 2 Mol Formaldehyd pro Mol Harnstoff auf. Gegebenenfalls kann ein Überschuß an Formaldehyd angewandt werden. Freier Formaldehyd in den Methylolderivaten stört deren praktische Verwendung nicht.
  • Das durch Umsetzung des Urcidkondensats mit Formaldehyd zuerst gebildete Produkt ist dessen Oxymethylderivat. In vielen Fällen kann dieses direkt angewandt werden. Die Oxymethvlderivate finden in der Papierindustrie zur Verbesserung der Naßfestigkeit und in der Textilindustrie zur Stabilisierung von Baumwolle, Revon und «'olle und zur Verbesserung der Haftfestigkeit von Kautschuk auf Baumwolle und Reyon Verwendung.
  • Die bxv rnethvlderiv ate können noch durch U mset7ung der Oxvmethylv erbindung mit einem Alkohol in Alkoxyinethylderivate übergeführt werden. Man benutzt insbesondere Alkohole der Formel ROH, in der R eine Alkylgruppe mit nicht über 8 und vorzugsweise nicht über 4 Kohlenstoffatomen bedeutet. Eine Alkoxymethylgruppe eines kurzkettigen Alkohols kann mit einem höhersiedenden Alkohol in Gegenwart eines Alkoholysekatalysators umgesetzt werden, wodurch eine Umätherung bewirkt wird. Alkoxyinethylverbindungen werden durch Umsetzung von Oxymethylverbindungen mit einem Alkohol bei einem PH im sauren Bereich, zweckmäßig zwischen 5 und 3, hergestellt. Diese Reaktion wird gewöhnlich zwischen 50 und 110° C durchgeführt. Man kann dabei Wasser abscheiden und das Produkt als Rücktand oder in Lösung in einem Überschuß des angewandten Alkohols erhalten. Die auf diese Weise erhaltenen Produkte sind wasserlöslich, wenn sie mit Methyl-, Äthyl- oder auch in gewissen Fällen mit Isopropylalkohol hergestellt werden. Mit höheren Alkoholen sind sie in Lösungsmitteln löslich. Die Alhoxvmethylverl)iiidungen sind im allgemeinen in polaren organischen Lösungsmitteln löslich. Aus diesen Stoffen hergestellte Filme und Überzüge widerstehen nichtpolaren Lösungsmitteln. Die Alkoxyniethylverbindungen können mit Alkydharzen geniischt oder umgesetzt werden, wenn man sie in überzügen verwenden will.
  • Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung. feile sind Gewichtsteile. Beispiel 1 a) 565 "feile f-Caprolactam und 515 Teile Diäthylentriamin wurden durch 48stündiges Erhitzen des Geinische# auf 200 bis 210' C miteinander umgesetzt. während welcher Zeit Stickstoff langsam durch die Masse geleitet wurde. Durch Erhitzen auf 220° C bei 30 mm Hg wurde freies Amin abdestilliert. Das so hergestellte Kondensat enthielt das Polyamin und das Caprolactam in einem Molverhältnis von 1 :2.
  • Ein Gemisch von 576 Teilen dieses Kondensats und 265 Teilen Harnstoff wurde 2 Stunden auf 110 bis 130° C und die nächsten 2 Stunden bis auf 160° C erhitzt. Aus der Absorption des in der Reaktion frei gewordenen Ammoniaks ergab sich, daß 85% des Harnstoffs unter Bildung eines Polyureidopolyamids reagiert hatten.
  • b) Aus 224 Teilen dieses Polyureidopolyamids in 300 Teilen Wasser wurde eine Lösung hergestellt, die mit 209 Teilen einer wäßrigen 36;9%igen Formaldehydlösung behandelt wurde. Dieses Gemisch wurde dann mit Wasser auf insgesamt 900 Teile verdünnt. Das pH des Reaktionsgemisches war 8.4. Bei Behandlung einer Probe dieser Lösung mit kaltem Natriunisulfit traten, wie durch Titration der Alkalität festgestellt wurde, 26,6% des zugefügten Formaldehyds nicht mehr in Reaktion. Daraus ergab sich, daß Formaldehyd sowohl mit den Ureidoeinheiten als auch mit den Amidogruppen reagiert hatte.
  • Das Produkt war eine schwachgelbe Lösung des Oxymethylpolyureidopolyamids. Die Lösung wurde 6 Monate bei 30 bis 35° C aufbewahrt; sie erwies sich als völlig beständig. Dieses Kondensat wurde benutzt, um die Haftfestigkeit von Kautschuk an Reifencord zu verbessern. Beispiel 2 150 Teile eines Polyureidopolyamids aus einem Kondensat aus Caprolactam und Diäthylentriamin in einem molaren Verhältnis von 2:1, das mit Harnstoff in solchem Verhältnis umgesetzt wurde, daß 1 Mol Harnstoff pro -N H-Gruppe vorlag, wurden in 105 Teilen Wasser gelöst. Hierzu wurden 165 Teile einer wäßrigen 35,2%igen Forma.ldehydlösung gegeben. Das pH der Mischung wurde auf 9,5 eingestellt und die Mischung dann auf einem Dampfbad erhitzt. Zu Beginn entsprach die Viskosität der Lösung der Marke D der Gardner-Holdt-Skala. Nach 4,5 Stunden auf dem Dampfbad hatte die Lösung die Viskosität G. Sie wurde mit einem Gemisch aus einem Sulfonsäure-Kationenaustauschharz und einem quaternären Ammoniumbasen-Anionenaustauschharz behandelt. Das pH war dann 7,0. Die Lösung wurde durch Erhitzen unter vermindertem Druck konzentriert, bis die Viskosität der Marke T auf der Gardner-Holdt-Skala entsprach. Diese Lösung wurde mit weiteren Mengen des Ionenaustauschharzgemisches behandelt und dann durch ein Kieselerdefilter filtriert. Es wurde eine hellgelbe Lösung des Harzes mit 53% Harzfestteilchen erhalten, was 317 Teilen entsprach.
  • Dieses Produkt wurde zum Verleimen von Sperrholz angewandt. Beispiel 3 Zu 106 Teilen der im Beispiel 1, a) hergestellten Polyureidopolyamidlösungen wurden 130 Teile einer w äärigen a 36,811/oigen Formaldeh y dlösung, 370 Teile n-Butanol und 74 Teile Xylol gegeben. Dieses Gemisch wurde in ein Reaktionsgefäß gegeben, das mit einem Thermometer, einem Rührer und einem Wasserabscheider ausgerüstet war. Die Beschickung wurde auf ein px von 10 eingestellt und dann 30 Minuten auf etwa 80° C erhitzt. Durch Zusatz von Phosphorsäure wurde das pu auf 7 gebracht. Beim Erhitzen der Beschickung entwickelte sich ein azeotropes Gemisch, aus dem Wasser abgeschieden wurde. Die Temperatur stieg auf l00° C. Als kein Wasser mehr abgeschieden wurde, wurde das pH des Reaktionsgemisches durch Zusatz von Phosphorsäure auf 5 eingestellt. Das Erhitzen wurde fortgesetzt und das in der Reaktion gebildete Wasser abgeschieden. während die Temperatur im Reaktionsgefäß auf 110° C stieg. Nach Neutralisation der Mischung mit wäßrigem Natriumhydroxyd und Konzentration unter vermindertem Druck wurde ein hellfarbenes Harz erhalten.
  • Dieses Harz war in allen Mengenverhältnissen in Äthanol und Butanol löslich. Es war zur Herstellung von Überzügen, insbesondere in Verbindung mit Alkydharzen, gut zu verwenden. Beispiel 4 In der vorstehend beschriebenen Weise wurde aus s-Caprolactam, Diäthylentriamin und Harnstoff im molaren Verhältnis von 2:1:3 ein Polyureidopolyamid hergestellt. 96,4 Teile dieses Kondensats wurden zu einer Lösung von 64 Teilen Paraformaldehyd von 91%iger Reinheit in 160 Teilen Methanol gegeben. Das Gemisch wurde auf ein p$ von 9 eingestellt und 20 Minuten auf 60 bis 70° C erhitzt. Das Reaktionsgemisch wurde dann mittels Phosphorsäure auf ein p$ von 5 eingestellt. Das Gemisch wurde 10 Minuten auf 70° C erhitzt. Durch weiteren Säurezusatz wurde das pH dann auf 3,5 gebracht. Das Gemisch wurde wiederum 10 Minuten erhitzt und dann mit -L\Tatronlauge neutralisiert. Das neutrale Gemisch wurde durch Erhitzen unter vermindertem Druck konzentriert; es ergab bei der Filtration eine klare Lösung, die 57% Harzfestteilchen enthielt. Die Viskosität der Lösung entsprach der Marke H auf der Gardner-Holdt-Skala und die Farbe dem Wert 2 bis 3. Das so erhaltene Harz war ein Methoxvmethylderivat des Polyureidopolyamidkondensats.
  • Die vorstehende Verfahrensweise wurde wiederholt, nur wurde die Phosphorsäure durch Ameisensäure ersetzt. Die Neutralisation wurde mit einer methanolischen Kaliumhydroxydlösung vorgenommen. Das Produkt war mit dem vorstehend hergestellten praktisch identisch. Es enthielt dieselbe Menge Harzfestteilchen und wies die gleiche Viskosität auf.
  • Dieses Harz wurde als Textilhilfsmittel benutzt.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung methylolierter Derivate von Polvureidopolyamiden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst a-Caprolactarn mit einem oder mehreren Alkylenpolyaminen, deren Alkylengruppen 2 bis 3 Kdhlenstoffatome enthalten, im Molverhältnis von 1: 1 bis 3: 1 bei Temperaturen zwischen 150 und 250° C, vorzugsweise 180 und 230° C, zu einem löslichen Kondensat umgesetzt wird, daß dann zwischen 100 und 200° C, vorzugsweise 110 und 160° C, unter Entwicklung von Ammoniak dieses lösliche Kondensat mit Harnstoff im Verhältnis von mindestens 1 Mol Harnstoff für je 2 mindestens 1 H-Atom tragende hasische Stickstoffatome des vorgenannten Kondensats unter Bildung eines löslichen Pol"-ureidopolyamids umgesetzt wird, daß weiter dieses Polyureidoamid mit Formaldehyd zu einem Merhylolderivat und daß gegebenenfalls dieses Methylolderivat mit einem nicht über 8 Kohlenstoffatome aufweisenden Alkanol zu einem Alkoxymethylderivat umgesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lösliche Kondensat und der Harnstoff miteinander umgesetzt werden, bis wenigstens 70 % der theoretischen Ammoniakmenge entwickelt worden sind.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 1 Mol Formaldehyd für jede Ureidoeinheit in dem Polyureidopolyamid angewandt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formaldehyd in Form einer wäßrigen, 30- bis 50%igen Formaldehydlösung oder mittels Paraformaldehyd zugeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung mit Formaldehyd bei einem PH-Wert zwischen 7 und 10 vorgenommen wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung zwischen dem Methylolderivat und dem Alkanol zwischen 50 und 100° C bei einem PH-Wert von 3 bis 5 erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 172666; USA.-Patentschrift Nr. 2 244184.
DER13038A 1952-11-28 1953-11-25 Verfahren zur Herstellung methylolierter Derivate von Polyureidopolyamiden Pending DE1034857B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2244184A (en) * 1938-09-30 1941-06-03 Du Pont Urea-polyamide-formaldehyde resin
AT172666B (de) * 1948-04-19 1952-10-10 American Cyanamid Co Verfahren zur Herstellung von modifizierten synthetischen Harzen, insbesondere Aminoplasten

Patent Citations (2)

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