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Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstofflösungen von komplexen
kohlensäurehaltigen Alkylphenolatsulfiden bzw. der genannten Alkylphenolatsulfide
selbst Es ist bekannt, daß Schmieröle dazu neigen, sich unter den Gebrauchsbedingungen
bei heutigen Diesel-und anderen Verbrennungskraftmaschinen unter Bildung von Schlamm,
Lack und harzartigen Materialien zu verschlechtern, die an den Maschinenteilen,
insbesondere den Kolbenringnuten und Kolbenmänteln anhaften, wodurch die Wirksamkeit
der Maschine bzw. des Motors im Betrieb herabgesetzt wird. Um der Bildung dieser
Niederschläge entgegenzuwirken, haben gewisse chemische Zusatzstoffe Anwendung gefunden,
die bei Zusatz zu Schmierölen die Fähigkeit haben, die den Niederschlag bildenden
Stoffe in dem Öl suspendiert zu halten, so daß der Motor während langer Zeitdauer
sauber und in wirksamem Arbeitszustand gehalten wird. Diese Zusatzmittel sind als
Reinigungs- oder Dispergiermittel bekannt. Organische Metallverbindungen sind in
dieser Beziehung besonders brauchbar. Diese organischen Metallverbindungen werden
infolge ihres Metallgehaltes und auf Grund ihrer Löslichkeit in dem Öl als wirksam
angesehen. Es ist allgemein gefunden worden, daß die öllöslichen organischen Metallverbindungen
mit größeren Prozentsätzen an Metall die besseren Reinigungsmittel liefern. Auf
dieser Grundlage hat man versucht, Reinigungsmittelverbindungen mit höchstmöglichen
Metallgehalten zu schaffen. Metallphenolate, insbesondere Metallphenolatsulfide,
haben sich als wirksame Reinigungsmittel für Mineralschmieröle erwiesen. Die Technik
ist daher bestrebt gewesen, die Wirksamkeit dieser Verbindungen durch Erhöhung ihres
Metallgehaltes noch weiter zu vergrößern.
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Die Erfindung betrifft die Schaffung einer neuen Klasse von Alkylphenolatsulfiden
(im nachstehenden als komplexe kohlensäurehaltige Alkylphenolatsulfide bezeichnet),
die einen ungewöhnlich hohen Metallgehalt besitzen und stark überlegen Ölreinigungsmittel
sind. Der Metallgehalt dieser neuen Komplexsalze liegt um wenigstens etwa 50 bis
etwa 250 °/o höher als der Metallgehalt der entsprechenden normalen Phenolatsulfide,
d. h. der Salze, deren Metallgehalt dem Phenolhydroxylgehalt der entsprechenden
Phenolsulfide, aus denen sie stammen, äquivalent ist. Außer den geschilderten außergewöhnlichen
Wirkungen, welche die neuen Komplexsalze als Reinigungsmittel haben, sind sie auch
wirksame Antioxydationsmittel für Schmieröle. Ihre Brauchbarkeit ist nicht auf die
Verwendung bei Schmierölen beschränkt, da sie auch wirksame Zusatzstoffe für Brennstofföle
und Benzin sind. In Brennstoffölen inhibieren sie die Schlammbildung, welche durch
die Oxydation des Brennstoffs beim Lagern herbei,-eführt wird, und sie sind auch
wirksame Mittel zur Verhinderung der Siebverstopfung. Sie sind ferner als Antirostmittel
bei Benzin wirksam.
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Gemäß der Erfindung werden die Kohlenwasserstofflösungen von komplexen
kohlensäurehaltigen Alkylphenolatsulfiden bzw. die genannten Alkylphenolatsulfide
selbst so hergestellt, daß man (1) eine Kohlenwasserstofflösung eines Alkylphenolsulfids
der allgemeinen Formel
wobei R ein Alkylradikal mit 5 bis 24 Kohlenstoffatomen, x eine ganze Zahl von 1
bis 4, y eine ganze Zahl von 0 bis 3 und z eine ganze Zahl von 1 bis 5 bedeutet,
und ein Metallalkoholat der Formel Ba - 0 H (O R),
NaOR oder
Mg(OR)2, wobei R in allen Fällen ein Alkylradikal mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
bedeutet, bei einer Temperatur von etwa 80 bis 150°C umsetzt, wobei 1,2 bis 1,6
Metalläquivalente auf 1 Äquivalent Phenolhydroxyl entfallen, (2) die Temperatur
der Reaktionsmischung auf etwa 125 bis 200°C erhöht, (3) die Reaktionsmischung bei
der erhöhten Temperatur mit Kohlendioxyd umsetzt, wobei wenigstens 0,2 Äquivalente
Kohlendioxyd auf ein Äquivalent Phenolhydroxyl entfallen, (4) die Temperatur der
Reaktionsmischung auf etwa 90 bis 150°C erniedrigt, (5) die Reaktionsmischung bei
dieser erniedrigten Temperatur mit weiterem Metallalkoholat umsetzt, wobei 0,6 bis
1,0 Metalläquivalente je Äquivalent Phenolhydroxyl entfallen, (6) die Temperatur
der Reaktionsmischung wieder auf etwa 125 bis 200°C erhöht, wobei in dieser und
in den vorausgehenden Stufen der jeweils gebildete freie Alkohol so weit als möglich
in an sich bekannter Weise entfernt wird, und (7) die Reaktionsmischung zur Gewinnung
einer Kohlenwasserstofflösung des Komplexsalzes fil-
triert, und (8) gegebenenfalls
das Komplexsalz aus der Kohlenwasserstofflösung gewinnt.
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Insbesondere kann das Verfahren gemäß der Erfindung wie folgt ausgeführt
werden: Das Alkylphenolsulfid und ein verdünnender Kohlenwasserstoff; wie Mineralöl,
werden in ein geeignetes Reaktionsgefäß eingebracht, z. B. in einen Rundkolben,
der mit einem mechanischen Rührer, einem Tropftrichter und einem Kondensator zur
Aufnahme von Kondensat ausgestattet ist. Es können irgendwelche der bekannten Kohlenwasserstofflösungsmittel
von geeignetem Siedebereich, wie Mineralöl oder Petroleu,.nnaphtha, benutzt werden.
Die Verwendung von Mineralöl wird jedoch bevorzugt, da es aus dem Endprodukt nicht
entfernt zu werden braucht; die so erhaltene Öllösung des Produktes ist unmittelbar
mit einem Schmieröl oder einer anderen Petroleumfraktion, die man mit ihm zu verbessern
wünscht, mischbar.
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Das Metallalkoholat wird langsam zu der Phenolsulfid-Öl-Mischung unter
dauerndem Rühren zugesetzt, während die Reaktionsmischung auf eine Temperatur erhitzt
wird, welche zum Abdestillieren von Alkohol ausreicht. Je nach dem benutzten Alkoholat
kann die Reaktionstemperatur in dem Bereich von 80 bis 150°C liegen. Nachdem das
Metallalkoholat zugegeben worden ist, wird die Reaktionstemperatur auf etwa 125'C
bis etwa 200'C
erhöht und die Mischung mit Stickstoff etwa 1/2 Stunde gespült,
um die Reaktion zu vollenden und nichtgebundenen Alkohol zu entfernen. Der Stickstoff
wird dann durch Kohlendioxyd ersetzt, das in die Reaktionsmischung mehrere Stunden
lang bei 125 bis 200°C eingeführt wird. Die Reaktionsmischung wird dann auf etwa
90 bis 150°C gekühlt, und zusätzliches Metallalkoholat wird durch den Tropftrichter
unter dauernder Entfernung von Alkohol langsam zugesetzt. Die Temperatur wird dann
wieder auf etwa 125 bis 200°C erhöht und die Reaktionsmischung bei dieser Temperatur
mit Stickstoff gespült, um nichtgebundenen Alkohol zu entfernen. Das Produkt wird
durch Zusatz von etwa 5 Gewichtsprozent Diatomenerde-Filterhilfe zu der Reaktionsmischung
gewonnen, die dann durch einen elektrisch beheizten Buchner-Trichter filtriert wird,
der zuvor mit der genannten Filterhilfe überzogen worden ist. Vor der endgültigen
Filtrierung kann das Produkt einer weiteren Kohlensäurebehandlung und einer weiteren
Reaktion mit Metallalkoholat unterworfen werden, wodurch ihm noch weitere Mengen
von Metall einverleibt werden. Auch die endgültige Kohlensäurebehandlung kann auf
das Produkt ohne Erniedrigung seines Metallgehaltes angewendet werden.
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Wie eingangs ausgeführt, sind die bei dem Verfahren vorgesehenen Produkte
insbesondere konzentrierte Öllösungen, die gewöhnlich etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent
der komplexen kohlensäurehaltigen Alkylphenolatsulfide enthalten, und sie können
als Zusatzstoffe zu Mineralölfraktionen in solchen Mengen benutzt werden, daß sie
verschiedene Eigenschaften von diesen verbessern. Wenn ein flüchtiger Kohlenwasserstoff
an Stelle eines Mineralöls als Lösungsmittel bei dem Verfahren benutzt wird, kann.
er leicht durch Destillation entfernt werden.
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Die Menge an Metallalkoholät, die bei der Vorcarbonatisierungsstufe
des Verfahrens verwendet wird, soll derart sein, daß wenigstens etwa 1,2 bis etwa
1,6 Äquivalente Metall je Äquivalent Phenolhydroxyl in dem Phenolsulfidreagens vorliegen.
Es ist gefunden worden, daß, wenn das - Alkoholat in Mengen zur Anwendung gelangt,
daß weniger als 1,2 Metalläquivalente vorliegen, die gewünschten Komplexsalzprodukte
mit hohem Metallgehalt nicht erhalten werden. Andererseits wird bei Verwendung von
Metallalkoholatmengen, die mehr als 1,6 Metalläquivalente liefern, der Metallgehalt
der Komplexsalzprodukte nicht merklich erhöht. Die höchsten Metallgehalte in den
Endprodukten werden jedoch erhalten, wenn man das Metallalkoholatreagens in einer
solchen Menge anwendet, daß etwa 1,6 Metalläquivalente für die Reaktion vorliegen.
Die Verwendung der letztgenannten Mengen bei dieser Stufe des Verfahrens wird daher
bevorzugt.
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Die Carbonatisierungsstufe soll während einer ausreichenden Zeit ausgeführt
werden, um wenigstens etwa 0,2 bis etwa 0,6 Äquivalente Kohlendioxyd je Äquivalent
Phenolhydroxyl in das Endprodukt einzubringen. Wenn die Carbonatisierungsstufe dadurch
ausgeführt wird, daß man das Kohlendioxyd durch die Reaktionsmischung hindurchbläst,
kann die Carbonatisierungsbehandlung mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Es ist
jedoch ersichtlich, daß bei wirksamerem Inberührungbringen des Kohlendioxyds mit
der Reaktionsmischung, z. B. durch Benutzung eines Druckreaktionsgefäßes, die Carbonatisierungszeit
wesentlich herabgesetzt werden kann.
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Das nach der Carbonatisierungsstufe eingebrachte Metallalkoholat soll
ausreichend sein, um 0,6 bis etwa 1,0 Metalläquivalent zu liefern, wobei die bevorzugte
Menge etwa 0;6 Äquivalente beträgt. In diesem Zusammenhang ist gefunden worden,
daß die Höchstmetallmenge dem Komplexsalzprodukt einverleibt wird, wenn etwa 1,6
Metalläquivalente in. der Vorcarbonatisierungsstufe und etwa 0,6 Äquivalente in
der Nachcarbonatisierungsstufe des Verfahrens eingebracht werden. Demgemäß wird
diese Arbeitsweise bei dem Verfahren gemäß der Erfindung bevorzugt (vgl. auch Beispiel
4).
Im allgemeinen beträgt das Verhältnis von Phenolhydroxyl zu
Kohlendioxyd zu Metall in den erfindungsgemäß erhältlichen Produkten etwa 0,2 bis
etwa 0,6 Äquivalente Kohlendioxyd zu etwa 1,6 bis etwa 2 Äquivalente Metall für
jedes Äquivalent Phenolhydroxyl in dem Phenolsulfidreagens. Bei wiederholten Carbonatisierungs-undMetallalkoholatreaktionsstufen
können jedoch diese Verhältnisse auf so viel wie etwa 1,70 Äquivalente Kohlendioxyd
und etwa 3,6 Äquivalente Metall je Äquivalent Phenolhydroxyl in dem Phenolsulfidreagens
erhöht werden.
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Die Phenolsulfide Die Phenolsulfide, auf welche das Verfahren gemäß
der Erfindung zur Bildung der komplexen kohlensäurehaltigen Phenolatsulfide angewendet
werden kann, sind Alkylphenolsulfide der durch die folgende allgemeine Formel dargestellten
Klasse
in welcher R ein Alkylradikal mit 5 bis 24 Kohlenstoff atomen, x eine ganze Zahl
von 1 bis 4, y eine ganze Zahl von 0 bis 3 und z eine ganze Zahl von 1 bis 5 bedeutet.
Wie bekannt, können die verschiedenen Alkylphenolsulfide, die unter die vorgenannte
Formel fallen, durch Umsetzung der verschiedenen alkylierten Phenole mit Schwefelmonochlorid
oder Schwefeldichlorid in verschiedenen Anteilen hergestellt werden. Bei diesen
Umsetzungen beeinflussen die Anteile an benutztem Alkylphenol und benutztem Schwefelchlorid
die Art des erzeugten Produktes. Im folgenden sind beispielsweise die Arten von
Produkten angegeben, die unter Verwendung von Schwefeldichlorid erhalten werden
können: (1) Ein Produkt, das durch Umsetzung von 4 Mol eines monoalkylsubstituierten
Phenols mit 3 Mol Schwefeldichlorid hergestellt ist:
wobei R ein Alkylradikal bedeutet.
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(2) Ein Produkt, das aus 2 Mol eines Alkylphenols mit 1 Mol Schwefeldichlorid
hergestellt ist:
wobei R ein Alkylradikal bedeutet und n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist. (3) Ein
Produkt, das aus einem Alkylphenol mit Schwefeldichlorid im Molverhältnis 1:1 hergestellt
ist:
wobei R ein Alkylradikal bedeutet und x eine ganze Zahl von 2 bis etwa 6 ist. Es
ist ersichtlich, daß, obwohl die oben erläuterten Arten von Verbindungen, die hauptsächlich
Phenolsulfide darstellen, die durch die angegebenen Umsetzungsverhältnisse von Alkylphenol
und Schwefeldichlorid geschaffen werden, diese Produkte in allen Fällen tatsächlich
Mischungen von verschiedenen Phenolsulfiden sind, welche wenigstens kleine Mengen
von Di- und Polysulfiden enthalten, wie
wobei R ein Alkyl und n eine ganze Zahl von 3 bis 6 ist.
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Bei der technischen Herstellung werden die Phenolsulfide aus Gemischen
von Alkylphenolen und nicht aus reinen Verbindungen hergestellt. Es ist daher ersichtlich,
daß die Erfindung Anwendung auf Phenolsulfide allgemein findet, einschließlich spezifischer,
verhältnismäßig reiner Alkylphenole ebenso wie Mischungen davon.
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Von den verschiedenen Phenolsulfiden werden die monosubstituierten
Alkylphenolsulfide, bei denen die Alkylgruppe 5 bis 24 Kohlenstoffatome enthält
und sich in der p-Stellung zur Hydroxygruppe befindet, bevorzugt. Nonylphenolsulfid,
das durch Umsetzung von 4 Mol Nonylphenol und 3 Mol Schwefeldichlorid bereitet ist,
wird besonders bevorzugt. Andere spezifische Alkylphenolsulfide, die bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung sehr brauchbar sind, sind z. B. die folgenden: Monooctylphenolsulfid,
Monodecylphenolsulfid, Diamylphenolsulfid, Dodecylphenolsulfid, Dinonylphenolsulfid,
Hexdecylphenolsulfid und Octadecylphenolsulfid.
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Die Metallalkoholate Die Metallalkoholate, die sich bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung als brauchbar erwiesen haben, sind solche, die durch Umsetzung
eines Metalloxyds oder eines Metalles als solchem mit einem niederen
Lliphatischen
C,-C,-Alkohol, wie Methyl-, Äthyl-, °ropyl- oder Butylalkohol, gemäß einer der folgenden
3leichung hergestellt sind:
wobei R in allen Fällen ein niederes Alkylradikal mit 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatomen,
wie Methyl-, Äthyl-, Propyl- und Butylradikal, bedeutet. Bisher ist gefunden worden,
daß sich die Alkoholate von Natrium, Barium und Magnesium als besonders zweckmäßig
erwiesen haben, um die Phenolatsulfide mit hohem Metallgehalt zu liefern. Von den
verschiedenen mit Erfolg benutzten Alkoholaten wird Bariummethylat, Ba - O H (O
R), sowohl vom wirtschaftlichen Standpunkt als auch wegen der Leichtigkeit der Verarbeitung
und der überlegenen Eigenschaft der Bariumkomplexsalzprodukte als Ölreinigungsmittel
bevorzugt. Art der komplexen kohlensäurehaltigen Alkylphenolatsulfide Die genaue
Art und Weise, auf welche das Metallalkoholat und das Kohlendioxyd sich mit den
Phenolsulfiden zur Bildung der komplexen kohlensäurehaltigen Alkylphenolsulfide
gemäß der Erfindung verbinden, ist nicht bekannt, und die Endprodukte werden daher
hier durch ihr Herstellungsverfahren definiert. Es ist jedoch gefunden worden, daß
alle diese Salze Kohlendioxyd freigeben, wenn sie mit Mineralsäure behandelt werden.
Dies weist auf eine Struktur hin, in welcher das Kohlendioxyd als Carbonat vorliegt.
Typische Basenzahlkurven der Produkte zeigen drei Plateaus, welche die Gegenwart
(1) einer verhältnismäßig stark basischen Komponente, die wahrscheinlich aus Metallalkoholat
und bzw. oder -hydroxyd besteht, (2) einer Komponente von mittlerer Alkalität, die
wahrscheinlich aus Metallphenolat besteht, und (3) einer Komponente von verhältnismäßig
schwacher Basizität, die wahrscheinlich aus Metallcarbonat oder -bicarbonat besteht,
anzeigen. Bei den Bariumkomplexsalzen hat die Analyse gezeigt, daß kein Kohlendioxyd
in Form eines Carboxylsubstituenten an dem Benzolring vorhanden ist. Bei den Natriumsalzen
ist jedoch gefunden worden, daß, wenn die Carbonatisierungsstufe des Verfahrens
bei einer Temperatur von etwa 200°C oder höher ausgeführt wird, das Komplexsalz
Carboxylgruppen an etwa 20 °/o der Phenolringe zusätzlich zu demjenigen enthält,
das in der Form von Carbonat oder Bicarbonat vorhanden ist. Eine Carbonatisierung
bei niedrigeren Temperaturen, z. B. etwa 125°C, erzeugt jedoch nur eine geringe
Carboxylierung, wie dies sich bei Infrarotanalyse gezeigt hat.
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Alle Produkte enthalten, wie gefunden wurde, eine beträchtliche Menge
an Alkoholatsubstituenten. Ohne die Erfindung durch theoretische Erwägungen zu beschränken,
kann man daher sagen, daß die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhältlichen
Komplexsalze Mehrkomponentenkomplexe sind, die im wesentlichen Metallphenolat, Metallcarbonat
oder -bicarbonat und Metallalkoholat und bzw. oder -hydroxyd umfassen. Anstatt daß
sie in irgendeinem festen Verhältnis miteinander vereinigt sind, schwankt jedoch
das Verhältnis der Komponenten, wenn die Verhältnisse der Ausgangsstoffe geändert
werden. Es ist daher die Angabe einer genauen Struktur für die in Frage kommenden
Produkte nicht möglich.
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Kohlensäurehaltige Alkylphenolatsulfide mit hohem Metallgehalt, die
von etwas ähnlicher Art wie die Komplexsalze gemäß der Erfindung sind, sind an sich
bekannt. So ist in der britischen Patentschrift 744 942 die Bildung von Phenolaten
und Phenolatsulfiden mit hohem Bariumgehalt beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren
ist jedoch eine wesentliche Stufe die »Neutralisierung« des Alkylphenolsulfids mit
Bariumoxyd-oder -hydroxyd in Gegenwart von Kohlendioxyd und Wasser. Das Verfahren
gemäß der Erfindung schließt jedoch keine gleichzeitige Neutralisierung und Carbonatisierung
ein, wie dies bei dem bekannten Verfahren der Fall ist, sondern sieht einen stufenweisen
Zusatz von Metallalkoholat mit Zwischencarbonatisierung vor. Der Unterschied zwischen
dem Verfahren gemäß der Erfindung und dem bekannten Verfahren wird ferner durch
folgendes dargelegt: (1) Das bekannte Verfahren führt nicht zur Herstellung von
anderen Komplexsalzen als Bariumsalzen. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung sind
jedoch neben den Bariumsalzen auch Komplexsalze von Magnesium und Natrium hergestellt
worden.
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(2) Das bekannte Verfahren erfordert die Gegenwart von Wasser bei
der Neutralisierungcarbonatisierung des Phenolsulfids für ein erfolgreiches Arbeiten.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird jedoch kein Wasser benutzt, und es ist
auch kein Wässer in der Carbonatisierungsstufe vorhanden.
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(3) Das bekannte Verfahren verwendet Bariumhydroxyd als Metallreagens,
während das Verfahren gemäß der Erfindung ein Metallalkoholat verwendet.
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(4) Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht eine wirksamere Ausnutzung
des Bariumreagens (Alkoholat) vor, als dies bei dem bekannten Verfahren der Fall
ist, welches die Benutzung von Bariumhydroxyd vorschreibt; die Menge an bei dem
vorliegenden Verfahren verbrauchten oder verlorenen Bariumreagens ist um etwa 50
°/o geringer als bei dem bekannten Verfahren.
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Die Produkte gemäß der Erfindung sind von denjenigen des bekannten
Verfahrens verschieden; erstens enthalten die erfindungsgemäß erhältlichen Produkte
sämtlich eine starke Base, wie dies durch ihre Titrationskurven gezeigt wird, während
dies bei den bekannten Produkten nicht der Fall ist, und zweitens enthalten die
Produkte gemäß der Erfindung Alkoholatsubstituenten, die natürlich bei den bekannten
Produkten nicht vorhanden sind.
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Die Erfindung schafft daher sowohl ein anderes Verfahren als auch
ein unterschiedliches Komplexsalzprodukt gegenüber dem Verfahren und dem Produkt
nach der britischen Patentschrift.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 (a) Nonylphenolsulfid Es wurde eine 5-1-Flasche mit rundem Boden und
vier Hälsen verwendet, die mit einem mechanischen Rührer, einem Thermometer, einem
Tropftrichter und einem Rückflußkondensator ausgestattet war. Die Anfangsbeschickung
für die Flasche betrug 660 g (3,0 Mol) Nonylphenol und 1320 g (2 Gewichtsteile)
Lösungsmittelbenzol. Zu dieser Mischung wurden 232 g (2,25 Mol) Schwefeldichlorid
während 3 Stunden
bei 20°C zugesetzt, wobei Kühlung erforderlich
war. Es wurde Chlorwasserstoff entwickelt. Die Reaktionsmasse wurde 1 Stunde lang
bei Raumtemperatur gerührt, nachdem der Zusatz vollendet war. Die Reaktionsmasse
wurde dann am Rückfluß etwa 1 Stunde erhitzt, bevor mit dem Abtreiben von Lösungsmittel
begonnen wurde. Das Lösungsmittel wurde durch Destillation bei der maximalen Gefäßtemperatur,
die unterhalb 140°C gehalten wurde, entfernt. Es wurden Stickstoffspülung und Vakuum
benutzt, um die Entfernung des Lösungsmittels zu vollenden. Das Produkt, ein hochviskoses
und klebriges Material, wurde sofort mit 732 g Paraffinöl mit einer Viskosität von
100 Sekunden bei 38'C verdünnt. Das Gewicht des Produktes betrug 1471 g. Eine Analyse
von Nonylphenolsulfid (Molverhältnis Phenol-0 H zu S C12 gleich 4 : 3) in Öl, ein
Teil Öl je Phenolsulfidharz, ergab folgendes: Schwefel . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 5,080/0 Chlor .......................... 0,640/0 (b) Komplexes
Bariumsalz In eine 5-1-Flasche mit rundem Boden und vier Hälsen, die mit einem mechanischen
Rührer, einem Thermometer, einem Tropftrichter und einem Kondensator ausgestattet
war, wurden 1170 g der obengenannten 1 : 1-Mischung von Nonylphenolsulfid in Paraffinöl
zusammen mit 1170 g zusätzlichem Paraffinöl eingebracht. Diese 1 : 3-Mischung war
so berechnet, daß sie 2,39 Grammäquivalente phenolisches Hydroxyl enthielt. Es wurde
Bariummethylat, Ba - O H (O CHJ, zu der Mischung bei etwa 90° C zugegeben, während
Methanol kontinuierlich durch Destillation entfernt wurde. Der Zusatz von 1528 g
Reagens mit 12,9 0/0 Bariumgehalt (1,2 - 2,39 Grammäquivalente Barium) erforderte
2 Stunden. Es wurde dann mit der Stickstoffspülung begonnen, und die Temperatur
wurde auf 200° C erhöht. Der Stickstoff wurde durch Kohlendioxyd ersetzt, und die
Kohlensäurebehandlung wurde 3 Stunden lang ausgeführt. Die Reaktionsmischung wurde
vor dem Zusetzen der zweiten Teilmenge Bariummethylat gekühlt. Dieser Zusatz, 1273
g (1,0 - 2,39 Grammäquivalente Barium) wurde unter kontinuierlicher Abdestillation
von Methanol ebenfalls bei 90° C ausgeführt. Die Zusatzzeit betrug 2 Stunden. Die
Temperatur wurde dann auf 150° C erhöht und auf dieser Höhe l1/2 Stunden gehalten,
wobei Stickstoffspülung zur vollständigen Entfernung von nichtgebundenem Methanol
benutzt wurde. Es wurden 5 Gewichtsprozent Filterhilfe zugegeben, und das Produkt
wurde durch einen elektrisch beheizten, zuvor mit Filterhilfe überzogenen Buchner-Trichter
filtriert. Eine Analyse des Produktes ergab folgende Werte:
Barium . . . . . . . . . . . . . 11,3% (1,82 Äqu./Äqu. |
Phenol-0 H) |
Schwefel . . . . . . . . . . . . 2,15% |
C02 (gebunden) ..... 0,52% (0,26 Äqu./Äqu. |
Phenol-OH) |
Chlor .............. 0,16% |
Basenzahl . . . . . . . . . . . 19, 70, 831 |
Spezifisches Gewicht 1,0373 |
Viskosität |
bei 38° C . . . . . . . . . 135,9 cSt |
bei 99° C . . . . . . . . . 11,75 cSt |
1 Drei "Unterbrechungen" in der Titrationskurve. |
Beispiel 2 (a) Nonylphenolsulfid Nonylphenolsulfid wurde wie im Beispiel l hergestellt,
mit der Ausnahme, daß eine hocharomatische Naphtha als Verdünnungsmittel benutzt
wurde. Nach der Vollendung der Reaktion und der Abdestillierung des Verdünnungsmittels
wurde das Nonylphenolsulfid in Form eines harzartigen Feststoffes erhalten. Das
ölfreie Nonylphenolsulfid (Molverhältnis Phenol zu S C12 gleich 4 : 3) zeigte bei
einer Analyse die folgenden Werte: Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 10,40/0 Chlor ........................... 0,95% Molekulargewicht .
. . . . . . . . . . . . . . . . 720 (b) Komplexes Bariumsalz Das komplexe Bariumsalz
wurde wie im Beispiel 1 hergestellt. In diesem Fall wurde das Paraffinöl in größerer
Menge benutzt, nämlich 4 Teile (statt 3 Teile) je Teil Nonylphenolsulfid. Eine Analyse
des Produktes ist nachstehend gegeben. Zu Vergleichszwecken sind die berechneten
Werte für die 3 : 1-Mischung von Öl und Produktsalz ebenfalls angegeben.
Gefundener Wert Berechneter Wert |
4: 1-Öl-Produkt |
für 3 : 1-Öl-Produkt |
Barium ...... 9,120/0., 11,15% |
(1,77 Äqu./Aqu. |
Phenol-OH) |
Schwefel..... 1,87% 2,23 |
Chlor ....... 0,19% 0,23% |
Basenzahl ... 15, 57, 69 18, 70, 83 |
Es ist ersichtlich, daß durch die Verwendung der hocharomatischen Naphtha an Stelle
von Benzol bei der Sulfidherstellung und die Verwendung einer größeren Menge von
Verdünnungsöl bei der Herstellung des Komplexsalzes das Produkt nicht wesentlich
verändert wird.
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Beispiel 3 (a) Nonylphenolsulfid Nonylphenolsulfid wurde wie im Beispiel
l hergestellt, mit der Ausnahme, daß technisches Paraffinöl als Verdünnungsmittel
bei der Reaktion benutzt wurde. Eine Analyse des Nonylphenolsulfids (Molverhältnis
Nonylphenol zu S C12 gleich 4 : 3) in Öl (Gewichtsverhältnis Öl zu Phenolsulfid
1: 1) ergab folgende Werte: Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......
5,02% Chlor ........................... 0,23% (b) Komplexes Bariumsalz Das komplexe
Bariumsalz wurde dann ebenso wie bei Beispiel 1 hergestellt. Eine Analyse des Produktes
ergab folgende Werte: Barium . . . . . . . . . . . . . 11,45% (1,82 Äqu./Äqu. Phenol-0
H) Schwefel . . . . . . . . . . . . 2,480/0 Basenzahl........... 13, 70, 86 Es ist
ersichtlich, daß das Salzprodukt eine sehr ähnliche Analyse wie das Produkt gemäß
Beispiel 1 hatte.
Beispiel 4 (a) Nonylphenolsulfid Nonylphenolsulfid
wurde ohne Benutzung eines Verdünnungsmittels bei der Anfangsreaktion hergestellt.
Die Anfangsbeschickung für die Flasche betrug 660 g (3,0 Mol) Nonylphenol. Hierzu
wurden 232 g (21/4 Mol) Schwefeldichlorid während einer Zeit von 11/4 Stunden bei
55° C zugegeben. Chlorwasserstoff wurde entwickelt. Die Viskosität war am Ende des
Zusatzes hoch. Die Reaktionsmischung wurde auf 100° C erhitzt und mit Stickstoff
21/Z Stunden durchgeblasen. Es wurde eine 50-g-Probe gezogen, und danach wurden
677 g Paraffinöl zu dem Rest zugegeben, so daß sich eine 1: 1-Mischung von Sulfid
in Öl (1352 g) ergab.
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Eine Analyse des ölfreien Produktes ergab folgende Werte Schwefel
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10,20/0 Chlor ...........................
1,05% Molekulargewicht . . . . . . .. . . . . . . . . . 790 Die l:l-Ölmischung des
Produktes zeigte die folgenden Werte Viskosität bei 99° C . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 13,22 cSt bei 38° C ...................... 317,9 eSt Neutralisationszahl
. . . . . . . . . . . . . . . 18,69 (b) Komplexes Bariumsalz Das komplexe Bariumsalz
wurde wie folgt hergestellt: Die Anfangscharge in der Flasche betrug 194 g der obengenannten
1:1-Mischung von Nonylphenolsulfid in. Paraffinöl zusammen mit 194 g zusätzlichem
Paraffinöl. Diese 1 : 3-Mischung wurde so berechnet, daß sie 0,4 Grammäquivalente
Phenolhydroxyl enthielt. Es wurde Bariummethylat zu der Ölmischung bei 80° C zugegeben,
während Methanol durch Destillation entfernt wurde. Der Zusatz von 374 g Reagens
mit 11,77% Bariumgehalt (1,6 - 0;4 Grammäquivalente Barium) erforderte 11/Z Stunden.
Es wurde dann mit Stickstoffspülung begonnen und die Temperatur auf 150° C erhöht.
Der Stickstoff wurde durch Kohlendioxyd ersetzt und die Kohlensäurebehandlung 3
Stunden lang bei 150° C ausgeführt. Die Reaktionsmischung wurde vor dem Zusetzen
des zweiten Teiles des Bariummethylats gekühlt. Dieser Zusatz, 140 g (0,6 - 0,4
Grammäquivalente Barium), wurde bei 80 bis 85° C unter kontinuierlicher Destillation
von Methanol ausgeführt. Die Zusatzzeit betrug 40 Minuten. Die Temperatur wurde
auf 150° C erhöht und das Stickstoffdurchblasen 1 Stunde lang fortgesetzt, um ungebundenes
Methanol vollständig zu entfernen. Es wurde Filterhilfe zugegeben und das Produkt
durch einen elektrisch beheizten, zuvor mit Filterhilfe überzogenen Buchner-Trichter
filtriert. Die Analyse des Produktes ergab folgende Werte: Barium . . . . . . .
. . . . . 12,720/0 (2,07 Äqu./Äqu. Phenol-OH, 940/0 der Theorie) Schwefel . . .
. . . . . . . . 2,18% COZ (gebunden) .... 1,130/0 (0,57 Äqu./Äqu. Phenol-OH)
Basenzahl .......... 16,64, 96 -OCHS. .. . .. . . . .. 0,360/0 (0,13 Äqu./Äqu. Phenol-OH)
Dieses Beispiel veranschaulicht die Benutzung eines Sulfidzwischenproduktes, das
in Abwesenheit irgendeines Verdünnungsmittels bereitet war. Der hohe Metallgehalt,
der durch die Benutzung einer Charge mit 1,6 Metalläquivalenten in der Stufe vor
der Kohlensäurebehandlung und einer Charge von 0;6 Metalläquivalenten in der Stufe
nach der Kohlensäurebehandlung erhalten wurde, ist offensichtlich.
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Beispiel 5 (a) Nonylphenolsulfid Es wurde eine 5-1-Flasche mit rundem
Boden und vier Hälsen, die mit einem mechanischen Rührer, einem Thermometer, einem
Tropftrichter und einem Rückflußkondensator ausgestattet war, verwendet. Die Anfangsbeschickung
in der Flasche betrug 880 g (4,0 Mol) Nonylphenol und 1760 g (2 Gewichtsteile) Benzol.
Zu dieser Mischung wurden 309 g (3,0 Mol) Schwefeldichlorid während einer Zeitdauer
von 1 Stunde bei 18 bis 25° C zugesetzt, wobei Kühlung erforderlich war. Es wurde
Chlorwasserstoff entwickelt. Die Reaktionsmasse wurde dann erhitzt, um das Lösungsmittel
abzudestiferen. Es wurde ein Vakuum bei der Maximaltemperatur von 140° C angewendet,
um die Entfernung des Lösungsmittels zu vollenden. Das Produkt, ein stark viskoses
und klebriges Material, wurde sofort mit 976 g Mineralöl verdünnt. Das Produktgewicht
betrug 1955 g. Eine Analyse von Nonylphenolsulfid (Molverhältnis Phenolsulfid zu
S
Cl, = 4 : 3) in Öl, 1 Teil Öl je Phenolsulfid, ergab folgendes: Schwefel
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5,04% Chlor ...........................
0,88%. (b) Komplexes Bariumsalz Es wurde eine Flasche mit rundem Boden und vier
Hälsen, die mit einem mechanischen Rührer, einem Thermometer; einem Tropftrichter
und einem Kondensator zur Aufnahme von Kondensat ausgestattet war, verwendet. Die
Anfangsbeschickung für die Flasche betrug 488 g der 1 : 1-Mischung von Nonylphenolsulfid
in Mineralöl zusammen mit 488 g zusätzlichem Mineralöl. Diese 1: 3-Mischung wurde
so berechnet, daß sie 1;0 Grammäquivalent Phenolhydroxyl enthielt. Bariummethylat
wurde der Ölmischung bei 75 bis 85° C zugesetzt, während Methanol kontinuierlich
durch Destillation entfernt wurde. Der Zusatz von 850 g Reagens mit 12,9% Bariumgehalt
(1,6 - 1,0 Grammäquivalente) erforderte 2 Stunden. Es wurde mit Stickstoffspülung
begonnen und die Temperatur auf 190° C erhöht. Der Stickstoff wurde durch Kohlendioxyd
ersetzt, und die Kohlensäurebehandlung wurde 3 Stunden bei 190 bis 200° C fortgesetzt.
Die Reaktionsmischung wurde vor dem Zusetzen des zweiten Teiles des Bariummethylates
abgekühlt. Dieser Zusatz, 425 g (0,8 - 1,0 Grammäquivalente) wurde bei etwa 80°
C unter kontinuierlichem Abdestillieren von Methanol ausgeführt. Die Zusatzzeit
betrug 1 Stunde. Die Reaktionsmischung wurde auf 190° C unter Stickstoff erhitzt
und dann 3 Stunden lang mit
CO, bei 190 bis 200°C behandelt. Sie wurde wieder
mit Bariummethylat, 425 g (0,8 - 1,0 Grammäquivalent), das innerhalb 1 Stunde bei
85° C hinzugefügt wurde, behandelt. Die Temperatur wurde auf 150° C erhöht und Vakuum
angelegt, um die Entfernung von nicht umgesetztem Methanol zu vollenden.
Es
wurde Filterhilfe zugegeben und das Produkt durch einen elektrisch beheizten, zuvor
mit Filterhilfe überzogenen Buchner-Trichter filtriert. Eine Analyse des Produktes
ergab folgendes:
Barium .......... 16,20/0 (2,79 Äqu./Äqu. |
Phenol-OH, |
87 0/0 der |
Theorie) |
Schwefel . . . . . . . . . 2,00/0 |
C02 (gebunden) .. 2,06°/0 (1,11 Äqu./Äqu. |
Phenol-0 H) |
Basenzahl ........ 29, 66, 116 |
Viskosität bei 99'C 24, 53 cSt |
Dieses Beispiel veranschaulicht den hohen Metallgehalt, der erzielbar ist, wenn
die Kohlensäurebehandlung und der Zusatz von Bariummethylat wiederholt ausgeführt
werden.
-
Beispiel 6 Eine 100-g-Probe des Produktes gemäß Beispiel s (vor der
Filtrierung entnommen) wurde unter einem Stickstoffstrom auf 190°C erhitzt. Der
Stickstoff wurde dann durch Kohlendioxyd ersetzt und die Kohlensäurebehandlung 11/2
Stunden lang bei 190 bis 200°C ausgeführt. 50 g des unfiltrierten Produktes (etwa
0,04 Grammäquivalente Phenolhydroxyl) wurden mit einem gleichen Gewicht Mineralöl
verdünnt. Diese Mischung wurde mit Bariummethylat behandelt, das 12,9 0/0 Barium
enthielt. Der Zusatz von 17 g Reagens (0,8 - 0,04 Grammäquivalente) wurde in 20
Minuten bei etwa 85°C unter kontinuierlichem Abdestillieren von Methanol ausgeführt.
Die Temperatur wurde dann unter Stickstoffspülung auf 150°C erhöht und Vakuum angelegt,
um nichtgebundenes Methanol vollständig zu entfernen. Filterhilfe wurde zugegeben
und das Produkt durch einen zuvor mit Filterhilfe überzogenen, elektrisch beheizten
Buchner-Trichter filtriert. Eine Analyse des Produktes ergab folgendes:
Barium . . . . . . . . . . 9,9 0/0 (3,6 Äqu./Äqu. |
Phenol-0 H) |
Basenzahl ........ 34, 73 |
Es ist ersichtlich, daß die zusätzliche C02- und Bariummethylatbehandlung den Metallgehalt
gegenüber dem Beispiel 5 noch weiter erhöhten.
-
Beispiel 7 Eine Kohlensäurebehandlung bei verhältnismäßig niedriger
Temperatur ist mit Erfolg ausgeführt worden. Ein Nonylphenolsulfid (Molverhältnis
Nonylphenol zu S C12 = 4 : 3) wurde mit Bariummethylat wie bei Beispiel l umgesetzt.
Die Dauer der Kohlensäurebehandlung betrug jedoch 2 Stunden und 25 Minuten, und
die Temperatur der Kohlensäurebehandlung betrug nur 150°C. Die Analyse des Produktes
ergab folizendes:
Barium . . . . . . . . . . 11,6"/, (1,87 Äqu./Äqu. |
Phenol-0 H) |
Schwefel . . . . . . . . . 2,230/, |
C02 (gebunden) .. 0,750/0 (0,38 Äqu./Äqu. |
Phenol-0 H) |
Basenzahl ........ 12, 95 |
- O CH. . . . . . . . . 0,381/0 (0,14 Äqu./Äqu. |
Phenol-0 H) |
Dieses Beispiel zeigt, daß C02 in dem Produkt bei einer Temperatur unter derjenigen,
die bei den vorhergehenden Beispielen benutzt wurde, wirksam gebunden wurde. Die
niedrigere Temperatur bei der Kohlensäurebehandlung ergab außerdem ein heller gefärbtes
Produkt.
-
Beispiel 8 Dodecylphenol wurde zur Herstellung eines Sulfidzwischenproduktes
nach der Arbeitsweise gemäß Beispiel 1 benutzt. Eine Analyse des Produktes, 1 Teil
Mineralöl je Teil Phenolsulfid, ergab folgendes: Schwefel . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 4,330/0 Chlor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
0,280/,
Das komplexe Bariumsalz wurde wie im Beispiel 4 hergestellt.
Eine Analyse des Produktes ergab folgendes:
Barium .......... 10,710/0 (2,01 Äqu./Äqu. |
Phenol-0 H) |
Basenzahl ........ 10, 57, 78 |
C 02 . . . . . . . . . . . . 1,180/, (0,69 Äqu./Äqu. |
Phenol-OH) |
Schwefel . . . . . . . . . 1,950/0 |
Beispiel 9 3 Mol Diamylphenol wurden mit Lösungsmittel, wie es in Beispiel 1 angegeben
ist, verdünnt und mit 2,25 Mol Schwefeldichlorid nach der Verfahrensweise des Beispiels
1 umgesetzt. Eine Analyse des Diamylphenolsulfids (ölfrei) ergab folgendes: Schwefel
....................... 11,3 0/0 Chlor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
1,230/,
Dieses Zwischenprodukt wurde in das kohlensäurehaltige komplexe
Bariumsalz nach der Verfahrensweise von Beispiel 1 umgewandelt. Eine Analyse des
Produktes ergab folgendes:
Gefundener Wert Berechneter Wert |
für 4: 1-Öl-Produkt |
für 3 : 1-Öl-Produkt |
Barium ...... 9,00/0 (1,84 11,0 0/0 |
Äqu./Aqu. |
Phenol-0 H) |
Schwefel..... 1,860/0 2,330/0 |
Basenzahl .... 23, 36, 64 28, 45, 78 |
Beispiel 10 Ein komplexes Magnesiumnonylphenolatsulfid wurde im wesentlichen nach
der gleichen Verfahrensweise, welche für die Bariumsalze benutzt wurde, hergestellt.
Eine 3-1-Flasche mit rundem Boden und vier Hälsen war mit einem mechanischen Rührer,
einem Thermometer, einem Tropftrichter, einem Stickstoffeinlaß und einem Kondensator
zur Aufnahme von Kondensat ausgestattet. In diese Flasche wurden 244g Nonylphenolsulfid
(berechnet, um 1,0 Grammäquivalent Phenolhydroxyl zu enthalten) und 732g Paraffinöl
eingebracht. Eine Lösung von Magnesiummethylat, die aus 14,6g Magnesiumspänen (1,2
Grammäquivalente) und 250 ml Methanol hergestellt war, wurde während einer Zeitdauer
von 1 Stunde bei etwa 80°C zugegeben, unter gleichzeitiger Abdestillierung von Methanol.
Es wurde mit Stickstoffspülung begonnen und die Temperatur auf 190°C erhöht. Der
Stickstoff wurde durch Kohlendioxyd
ersetzt und die Kohlensäurebehandlung
3 Stunden bei 190 bis 200°C fortgesetzt. Die Reaktionsmischung wurde auf 75'C abgekühlt
und eine zweite Charge von Magnesiummethylat, die aus 12,2g Magnesium (1,0 Grammäquivalent)
und 200 ml Methanol hergestellt war, in 1 Stunde zugegeben. Die Temperatur wurde
auf 150°C unter Stickstoffspülung erhöht und Vakuum zur vollständigen Entfernung
von nichtgebundenem Methanol angelegt. Eine weitere Menge von 244 g Paraffinöl wurde
dann zugegeben, um die Fließfähigkeit des Produktes zu erhöhen. Filterhilfe wurde
zugesetzt und das Produkt durch einen zuvor mit Filterhilfe überzogenen, elektrisch
beheizten Buchner-Trichter filtriert. Eine Analyse des Produktes ergab: Magnesium
...... 1,68 °/0 (1,72 Äqu:/Äqu. Phenol-OH) Schwefel . . . . . . . . . 2,100/0
C02 (gebunden) .. 0,47°/o (0,27 Äqu./Äqu. Phenol-OH) Es ist ersichtlich, daß dieses
Beispiel hinsichtlich des Verfahrens, der Verhältnisse- der Reagenzien und der Analysenwerte
des Produktes mit Beispiel 1 vergleichbar ist.
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Beispiel 11 Ein komplexes kohlensäurehaltiges Natriumphenolatsulfid
wurde im wesentlichen nach der gleichen Verfahrensweise, welche für die Bariumsalze
benutzt wurde; hergestellt.
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Eine 2-1-Flasche mit rundem Boden und vier Hälsen war mit einem mechanischen
Rührer, einem Thermometer, einem Stickstoffeinlaß und einem Kondensator zur Aufnahme
von Kondensat ausgestattet. Natriummethylat wurde in dieser Flasche dadurch hergestellt,
daß man 18,4 g metallisches Natrium (0,8 Grammäquivalente) zu 300 ml absolutem Methanol
zusetzte. Zu diesem Reagens wurden 122 g Nonylphenolsulfid (berechnet, um 0,5 Grammäquivalente
phenohsches Hydroxyl zu enthalten) und 366 g Paraffinöl zugegeben. (Das Nonylphenolsulfid
wurde mit einem Molverhältnis Nonylphenol zu Schwefeldichlorid von 4:3 hergestellt.
Es enthielt 10,6°/o S und 1,02°/o Cl.) Die Reaktionsmischung wurde auf Methanolrückfluß
erhitzt, 1/2 Stunde am Rückflußkühler gekocht, Methanol während 1 Stunde abdestilliert
und die Temperatur unter Stickstoffspülung auf 190°C erhöht. Der Stickstoff wurde
dann durch Kohlendioxyd ersetzt und die Kohlensäurebehandlung 21/2 Stunden bei 190
bis 200°C ausgeführt.
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Es wurde eine Lösung von Natriummethylat aus 6,9 g metallischem Natrium
(annähernd 0,3 Grammäquivalente) und 200m1 absolutem Methanol hergestellt. Diese
Lösung wurde zu dem obengenannten kohlensäurehaltigen Produkt bei Raumtemperatur
zugegeben. Die Mischung wurde dann auf Methanolrückfluß erhitzt, i/2 Stunde lang
am Rückflußkühler gekocht, Methanol in 1/2 Stunde abdestilliert und die Temperatur
unter Stickstoffspülung und Anlegung von Vakuum auf 150°C erhöht. Filterhilfe wurde
zugegeben und das Produkt durch einen zuvor mit Filterhilfe überzogenen, elektrisch
geheizten Buchner-Trichter filtriert. Eine Analyse des Produktes ergab:
Natrium . . . . . . . . . 4,3 °/o (1,9l Äqu./Äqu. |
Phenol-OH) |
C02 (gebunden) .. 1,60°/o (0,40 Äqu./Äqu. |
Phenol-OH) |
Basenzahl ........ 59, 85, 107 |