DE1097677B - Process for the production of epoxy resins - Google Patents
Process for the production of epoxy resinsInfo
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Description
Epoxyharze erhält man bekanntlich durch Kondensation mehrwertiger Phenole mit Dihalogenhydrinen. Die Produkte sind gekennzeichnet durch einen Gehalt an Epoxyd- und Hydroxylgruppen und können durch folgende Formel veranschaulicht werden:It is known that epoxy resins are obtained by condensation of polyhydric phenols with dihalohydrins. the Products are characterized by a content of epoxy and hydroxyl groups and can through the following formula can be illustrated:
C H2 — C H —· H2 C —rCH 2 - CH - · H 2 C - r
CH3 CH 3
CH,CH,
V-OCH-CHOHCH,-V-OCH-CHOHCH, -
CH,CH,
—OCH2-CH-CH2 V -OCH 2 -CH-CH 2 V
Die Zahl der Epoxyd- bzw. Hydroxylgruppen ist gleich der Zahl der einkondensierten Halogenhydrinmoleküle. Die Epoxyd- bzw. Hydroxylgruppen werden bei späterer Verarbeitung mittels Säuren oder alkalischer Mittel unter Vernetzung umgesetzt, wodurch eine Härtung eintritt und mehr oder minder quellfeste Produkte entstehen. Sie sind um so quellfester, je weniger 0 Η-Gruppen verbleiben, und umgekehrt. Im allgemeinen ist die Quellfestigkeit der Epoxyharze ausgezeichnet. Eine breite Anwendung der Harze scheitert jedoch an dem hohen Preis des Epichlorhydrins.The number of epoxy or hydroxyl groups is equal to the number of condensed halohydrin molecules. The epoxy or hydroxyl groups are later processed with acids or alkaline Means implemented with crosslinking, whereby a hardening occurs and more or less swell-resistant products develop. They are the more resistant to swelling, the fewer 0 Η groups remain, and vice versa. In general the resistance to swelling of the epoxy resins is excellent. However, widespread use of the resins has failed the high price of epichlorohydrin.
Es wurde nun gefunden, daß man Epoxyharze mit mindestens gleicher, zum Teil aber überlegener Quellfestigkeit
unter Einsparung eines Teils des Epichlorhydrins dadurch herstellen kann, daß man mehrwertige
Phenole mit ein- oder mehrkernigen Benzolkohlenwasser-Verfahren zur Herstellung
von EpoxyharzenIt has now been found that epoxy resins with at least the same, but in some cases superior swelling resistance can be produced while saving part of the epichlorohydrin by using mono- or polynuclear benzene-hydrocarbon processes for the production of polyhydric phenols
of epoxy resins
Anmelder:Applicant:
Bergwerksverband G.m.b.H.,
Essen, Dortmunder Str. 151Mining Association GmbH,
Essen, Dortmunder Str. 151
Dr. Joachim Bergmann, Gladbeck (Westf.),Dr. Joachim Bergmann, Gladbeck (Westphalia),
Dr. Otto Grosskinsky, Dortmund-Kirchhörde,Dr. Otto Grosskinsky, Dortmund-Kirchhörde,
und Dr. Walter Thürauf, Essen-Kray,and Dr. Walter Thürauf, Essen-Kray,
sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors
stoffen, die mindestens zwei Chlormethylgruppen im Molekül besitzen, veräthert und diese Äther mit Halogenhydrin zu epoxydgruppenhaltigen Harzen umsetzt,substances that have at least two chloromethyl groups in the molecule are etherified and these ethers with halohydrin converts to epoxy-containing resins,
wobei man die Kondensationen in Gegenwart von Wasser oder Lösungsmitteln und Alkalien nacheinander durchführt. Hierbei werden die verhältnismäßig teuren Dihalogenhydrine bzw. Epichlorhydrine durch leicht zugängliche Chlormethylverbindungen ersetzt. Diesethe condensations being carried out in succession in the presence of water or solvents and alkalis. Here, the relatively expensive dihalohydrins or epichlorohydrins are easy accessible chloromethyl compounds replaced. These
Möglichkeit beruht auf der Eigenschaft der Chlormethylverbindungen, sich mit mehrwertigen Phenolen zu Polyäthern umzusetzen, aus denen dann unter Mitverwendung von Dihalogen- bzw. Epichlorhydrin epoxydgruppenhaltige Kondensate von hoher Qualität ent-Possibility is based on the property of chloromethyl compounds, to react with polyhydric phenols to polyethers, from which then with use high quality condensates containing epoxy groups of dihalohydrin or epichlorohydrin
stehen.stand.
Bei den aus Chlormethylverbindungen und mehrwertigen Phenolen entstandenen Polyäthern handelt es sich um lineare Makromoleküle folgender Formel:The polyethers formed from chloromethyl compounds and polyhydric phenols are linear macromolecules of the following formula:
HO-(THO- (T
CH3 CH 3
CH,CH,
0-0-
-CH9 -CH 9
>-CH„> -CH "
Ihre Bildung, für die an dieser Stelle kein Schutz begehrt wird, erfolgt durch Erhitzen der Komponenten in wäßrigen oder organischen Medien in Gegenwart von alkalischen Mitteln, wie NaOH, KOH, NaCO3, K2CO3. Ihre Kettenlänge wird durch die Mengenverhältnisse der Ausgangsstoffe, die Reaktionstemperatur und die Art des Lösungsmittels beeinflußt. Für die Kondensation von mehrwertigem Phenol mit chlormethylgruppenhaltigen Kohlenwasserstoffen verwendet man zweckmäßigerweise ein Mol verhältnis zwischen 1:1 und 2:1, eine Reaktionstemperatur zwischen etwa 50 und 2000C, zweckmäßigerweise über 1000C, und bemißt den Alkalizusatz entsprechend der bei der Reaktion frei werdenden Salzsäure. Als Lösungsmittel kommen vor allem polare organische Lösungsmittel, wie Alkohole, Ketone, Äther, Ester und Säureamide sowie deren Derivate, also z. B.They are formed, for which no protection is sought at this point, by heating the components in aqueous or organic media in the presence of alkaline agents such as NaOH, KOH, NaCO 3 , K 2 CO 3 . Their chain length is influenced by the proportions of the starting materials, the reaction temperature and the type of solvent. For the condensation of polyhydric phenol with chloromethyl group-containing hydrocarbons is suitably used a mole ratio between 1: 1 and 2: 1, a reaction temperature between about 50 and 200 0 C, advantageously over 100 0 C, and is measured the addition of alkali according to the liberated in the reaction evolving hydrochloric acid. The solvents used are mainly polar organic solvents such as alcohols, ketones, ethers, esters and acid amides and their derivatives, e.g. B.
009 699/520009 699/520
T(JS7 677T (JS7 677
Butanol, Benzylalkohol, Aceton, Cyclohexanon, Dioxan und Dimethylformamid, in Frage. Bei der Auswahl der Lösungsmittel muß deren Siedepunkt berücksichtigt werden. Bei sehr niedrig siedenden Mitteln ist mitunter die Anwendung von Druck erforderlich.Butanol, benzyl alcohol, acetone, cyclohexanone, dioxane and dimethylformamide, in question. When choosing the solvent, its boiling point must be taken into account will. In the case of very low-boiling agents, the application of pressure is sometimes necessary.
Geeignete mehrwertige Phenole sind Hydrochinon, Resorcin, pp'-Dioxydiphenyhnethan, pp'-Dioxydiphenylpropan; geeignete Chlormethylderivate sind insbesondere Xylylendichloride und deren Methylderivate sowie entsprechende Verbindungen des Naphthalins.Suitable polyhydric phenols are hydroquinone, resorcinol, pp'-dioxydiphenylethane, pp'-dioxydiphenylpropane; suitable chloromethyl derivatives are, in particular, xylylene dichlorides and their methyl derivatives, as well as corresponding ones Compounds of naphthalene.
Die Umsetzung mehrwertiger Phenole mit den chlorrnethylgruppenhaltigen Benzolkohlenwasserstoffen einerseits und den Halogenhydrinen andererseits kann entweder einstufig oder getrennt erfolgen. Setzt man zunächst die mehrwertigen Phenole nur mit den chlormethylgruppenhaltigen Benzolkohlenwasserstoffen um, so bedürfen die Äther unter Umständen vor ihrer Weiterverarbeitung mit Halogenhydrinen einer Aufarbeitung, z. B. dann, wenn die Weiterverarbeitung mit Halogenhydrinen in einem andersartigen Lösungsmittel erfolgen soll. Mithin empfiehlt es sich, keinen Wechsel des Lösungsmittels vorzunehmen und die Vorkondensation sowie die anschließende Umsetzung des Polyäthers mit Halogenhydrin in einem Arbeitsgang vorzunehmen.The reaction of polyhydric phenols with those containing chloromethyl groups Benzene hydrocarbons on the one hand and the halohydrins on the other hand can either be carried out in one step or separately. First, the polyhydric phenols are only substituted with those containing chloromethyl groups Benzene hydrocarbons, the ethers may need before their further processing with halohydrins of a work-up, e.g. B. when further processing with halohydrins should take place in a different solvent. It is therefore advisable not to change the Make solvent and the precondensation and the subsequent implementation of the polyether with Carry out halohydrin in one operation.
Sind die Ätherharze im angewandten organischen Lösungsmittel löslich, so werden die anorganischen Salze durch Filtrieren von der Harzlösung abgetrennt; andernfalls trennt man sie gemeinsam mit den Salzen vom Lösungsmittel ab und wäscht die anorganischen Salze mit Wasser aus. Die Abtrennung der Salze kann aber auch im Anschluß an die Weiterverarbeitung des Äthers mit Halogenhydrinen am gebildeten Epoxyharz erfolgen.If the ether resins are soluble in the organic solvent used, the inorganic salts become separated from the resin solution by filtration; otherwise they are separated from the together with the salts Solvent off and wash off the inorganic salts with water. The separation of the salts can, however also take place following the further processing of the ether with halohydrins on the epoxy resin formed.
Die Kondensation mit Halogenhydrin kann, wie bereits erwähnt, im Anschluß an die Kondensation des chlormethylgruppenhaltigen Kohlenwasserstoffes mit dem mehrwertigen Phenol oder bereits während dieser Kondensation durchgeführt werden. Sie erfolgt gleichfalls unter Zusatz von Alkali in Gegenwart von Wasser oder organischen Lösungsmitteln.The condensation with halohydrin can, as already mentioned, following the condensation of the hydrocarbon containing chloromethyl groups with the polyhydric phenol or already during this condensation be performed. It is also carried out with the addition of alkali in the presence of water or organic Solvents.
Zufolge ihres geringen Gehaltes an alkoholischen OH-Gruppen besitzen die ausgehärteten Harze eine größere Lösungsmittelbeständigkeit als die bekannten Epoxyharze. Weiterhin besitzen sie eine gute Elastizität und sind auch aus diesem Grund als Rohstoffe für Lacke und Gießharze hervorragend geeignet.As a result of their low content of alcoholic OH groups, the cured resins have a greater solvent resistance than the known epoxy resins. They also have good elasticity And for this reason, too, they are ideally suited as raw materials for paints and casting resins.
In einem Rührkessel werden 40 Teile Natriumhydroxyd in 100 Teilen Wasser gelöst und die Lösung auf 900C erhitzt. In die heiße Natronlauge werden 228 Teile pp'-Dioxydiphenylpropan eingerührt, und anschließend wird die Lösung portionsweise mit 88 Teilen p-Xylylendichlorid versetzt. Es bildet sich sehr bald ein harziges Produkt, das sich aus der Lösung abscheidet. Nach etwa 3V2 Stunden wird die Harzlösung auf 60 bis 70° C abgekühlt und mit weiteren 40 Teilen Natriumhydroxyd versetzt. Hierbei verteilt sich das Harz wieder zu einer feinen Dispersion. In die Dispersion werden 92,5 Teile Epichlorhydrin eingerührt und nach 3 Stunden der abgeschiedene Harzkörper abgetrennt.In a stirred vessel, 40 parts of sodium hydroxide are dissolved in 100 parts of water and the solution heated to 90 0 C. 228 parts of pp'-dioxydiphenylpropane are stirred into the hot sodium hydroxide solution, and 88 parts of p-xylylene dichloride are then added to the solution in portions. A resinous product forms very soon and separates out of the solution. After about 3 to 2 hours, the resin solution is cooled to 60 to 70 ° C. and a further 40 parts of sodium hydroxide are added. The resin is distributed again to form a fine dispersion. 92.5 parts of epichlorohydrin are stirred into the dispersion and, after 3 hours, the separated resin body is separated off.
Durch Auswaschen mit Wasser wird das Harz von anhaftenden anorganischen Bestandteilen befreit und im Vakuum getrocknet. Man erhält 320 Teile eines hellbraunen epoxydgrappenhaltigen Harzes.By washing out with water, the resin is freed from adhering inorganic constituents and im Vacuum dried. 320 parts of a light brown epoxy grape-containing resin are obtained.
228 Teile pp'-Dioxydiphenylpropan und 88 Teile p-Xylylendichlorid werden in 1000 Teilen Benzylalkohol gelöst und die Lösung mit 207 Teilen Kaliumcarbonat228 parts of pp'-dioxydiphenylpropane and 88 parts of p-xylylene dichloride are used in 1000 parts of benzyl alcohol dissolved and the solution with 207 parts of potassium carbonate
ίο (wasserfrei) versetzt. Das Reaktionsgemisch wird rund 5 Stunden lang auf 170 bis 18O0C erhitzt, wonach sich in der Lösung ein Harz gebildet hat. Nach Abkühlen auf 60 bis 700C werden zu der Lösung 92,5 Teile Epichlorhydrin gegeben und das· Gemisch weitere 5 Stunden auf 60 bis 70° C erhitzt. Zur Entfernung der anorganischen Salze wird die benzylalkoholische Lösung des Harzes zunächst mit schwach angesäuertem Wasser und anschließend mit reinem Wasser gewaschen. Daraufhin wird der Benzylalkohol unter Vakuum abgedampft. Man erhält 350 Teile eines epoxydgruppenhaltigen Harzes.ίο (anhydrous) added. The reaction mixture is heated approximately 5 hours at 170 to 18O 0 C, after which a resin has been formed in the solution. After cooling to 60 to 70 0 C 92.5 parts epichlorohydrin are added to the solution and heating the mixture · an additional 5 hours at 60 to 70 ° C. To remove the inorganic salts, the benzyl alcoholic solution of the resin is first washed with weakly acidic water and then with pure water. The benzyl alcohol is then evaporated off under vacuum. 350 parts of a resin containing epoxy groups are obtained.
228 Teile pp'-Dioxydiphenylpropan und 88 Teile p-Xylylendichlorid werden in 1500 Teilen Butanol gelöst und die Lösung mit 140 Teilen Kaliumcarbonat versetzt. Das Reaktionsgemisch wird etwa 5 Stunden lang auf Siedetemperatur erhitzt. Anschließend wird das Butanol abgedampft und der harzige Rückstand durch Waschen mit Wasser von dem gebildeten Kochsalz befreit. Nach dem Trocknen erhält man 250 Teile eines hellbraunen Harzes. Seine Weiterverarbeitung in alkalischer wäßriger Lösung mit 92,5 Teilen Epichlorhydrin ergibt 310 Teile eines elastischen Epoxyharzes.228 parts of pp'-dioxydiphenylpropane and 88 parts of p-xylylene dichloride are dissolved in 1500 parts of butanol and 140 parts of potassium carbonate are added to the solution. The reaction mixture will be on for about 5 hours Boiling temperature heated. The butanol is then evaporated off and the resinous residue is washed freed from the sodium chloride formed with water. After drying, 250 parts of a light brown color are obtained Resin. Its further processing in an alkaline aqueous solution with 92.5 parts of epichlorohydrin gives 310 parts an elastic epoxy resin.
440 Teüe p-Xylylendichlorid, 560 Teile Bis-chlormethylnaphthalin, 2280 Teile pp'-Dioxydiphenylpropan werden in 1000 Teilen Dimethylformamid gelöst und die Lösung nach Zugabe von 2070 Teilen Kaliumcarbonat unter Rühren 8 Stunden lang auf 170 bis 1800C erhitzt. Nach Beendigung der Reaktion werden die ungelösten anorganischen Salze abfiltriert und die hellgelbe Lösung im Vakuum eingedampft. Man erhält 2780 Teile eines hellgelben Harzes. Dieses wird mit 925 Teilen Epichlorhydrin in wäßriger alkalischer Lösung bei 70° C zu einem Epoxyharz umgesetzt. Ausbeute: 2910 Teile Epoxyharz.440 Teüe p-xylylene dichloride, 560 parts of bis-chloromethylnaphthalene, 2280 parts of p, p'-dioxydiphenylpropane are dissolved in 1000 parts of dimethylformamide and the solution was heated after the addition of 2070 parts of potassium carbonate with stirring for 8 hours at 170 to 180 0 C. After the reaction has ended, the undissolved inorganic salts are filtered off and the light yellow solution is evaporated in vacuo. 2780 parts of a pale yellow resin are obtained. This is reacted with 925 parts of epichlorohydrin in an aqueous alkaline solution at 70 ° C. to form an epoxy resin. Yield: 2910 parts of epoxy resin.
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