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Verfahren zur Herstellung von Polyoxyalkylenglykolen, die auf eine
Thioverbindung enden, und von deren elastomeren Abkömmlingen.
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Die Erfindung betrifft Polyoxyalkylenglykole, die auf ein Thiol enden
und ein Verfahren zu deren Herstellung wie. zur Herstellung von Elastomeren aus
diesen Stoffen.
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In der US-Anmeldung vom 1.3.1961 mit der Serien-Nr. 92 444 werden
bestimmte flüssige Polymerisate beschrieben, die mit Hilfe der bekannten Verfahren
in nützliche Elastomere übergeführt werden können und die auf Thioverbindungen enden.
Derartige Elastomere lassen sich in den meisten FEllen als flüssige Phase oder als
Paste vergiessen und nachfolgend bei entsprechenden Temperaturen und Drücken härten.
Wie in der angeführten Anmeldung beschrieben, sind sie in der Elektroindustrie als
verkleidende, isolierende und umhüllende Verbindungen vielseitigverwendbar und in
der Bau- und Flugzeugbauindustrie als Dichtung mittel, Überzuge und abdichtend wirkende
und lasierende Verbindungen
und in der Geschoßherstellung als Bindemittel
für feste Brennstoffe.
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Wie in der erwähnten Anmeldung angegeben, können die Glykole durch
Bildung eines Zwischenproduktes, z.B. einem Halogenhydrin, zu einer Thioerbindung
umgewandelt werden, indem das Halogen durch eine Schwefelbindung ersetzt wird. Man
stellte ausserdem fest, dass das Halogen durch Schwefel unmittelbar ersetzt werden
kann, obwohl, falls gewünscht, man eine mittelbare Umsetzung mit Hilfe von Thiosulfat
bevorzugte, da die unmittelbare Umsetzungsreaktion nicht in gewünschter Weise vollständig
verlief. Die Erfindung betrifft die Entdeckung, dass ein Verfahren zur unmittelbaren
Umsetzung von Halogen und Schwefel geliefert werden kann, bei dem die Bestandteile
so vollständig aufeinander reagieren, dass es wirtschaftliche Vorteile bietet.
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Es ist ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung, dass der endgültige
pH-Wert bei der Umsetzungsreaktion auf einem Wert von unter etwa 9.5 gehalten wird,
damit das Harz nicht durch die Einwirkung von Luft oxydiert wird, vorzugsweise beträgt
der pH-Wert weniger als 7. 5. Während der Reaktion wird der pH-Wert hinreichend
niedrig gehalten, so dass ein Gelieren unterbunden wird. Auf verschiedene Weise
lässt sich der pH-Wert den Erfordernissen anpassen. Bevorzugt wird, dass eine ausreichende
Menge einer Thioverbindung als Reaktionemittel (gewohnlioh NatriumBulfhydrat) verwendet
wird, damit der pH-Wert unterhalt des kritischen Wertes bleibt. Andererseits kann
man auch einen sauren Puffer verwenden, damit der pH-Wert während der Reaktion ao
niedrig ist, das kein Gelieren eintritt, und einen endgtlltigen Sert von 9;5 nicht
überschreitet.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass sie sich mit Hilfe
der im Handel erhältlichen Reaktionsmittel durchführen lässt, d. h. mit Reaktionsmitteln,
die den im Handel üblichen Reinheitsgrad (oder den Anteil an Verunreinigungen) besitzen
und dass die Ausbeute an Enderzeugnissen nicht nur ihrem Gütegrad nach für den Handel
verwendbar ist, sondern dass ausserdem eine ausreichende Menge durch die fast vollständige
Umsetzung bei allen Reaktionen eintritt, so dass lediglich eine geringfügige Menge
an unbrauchbaren Nebenprodukten zurückbleibt.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Reaktionen kein Lösungsmittel
erfordert, wodurch die bekannten Nachteile ausgeschlossen werden.
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Gewöhnlich besitzen die flüssigen Polymerisate, die aus dem Verfahren
nach der Erfindung hervorgehen, eine Viskosität von 100 bis 120000 Centiposes und
ein Äquivalentgewicht von wenigstens 150, wie durch das Mercaptanäquivalent ermittelt
wurde.
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Die Ausgangsstoffe sind eines oder mehrere flüssige Polyoxyalkylenglykolpolymerisate,
die auf OHlGruppen enden, die Je ein Molekulargewicht von wenigstens 400 besitzen
und Kondensationsprodukte eines Alkylenoxyds mit 2 - 4 Kohlenstoffatomen und etwa
0.01 - 17.0 Molprozent (ausgehend vom Alkylenoxyd) eines mehrwertigen Alkohis mit
weniger als 10 Kohlenstoffatomen und 3 - 6 Hydroxylgruppen sind. Das Glykol wird
mit einem Epihalogenhydrin zur Bildung eines intermediären Halogenhydrins zur Reaktion
gebraucht, das dann seinerseits mit einem Alkalimetallsulfhydrat zur Darstellung
des gewiinschten Enderzeugnisses zur Reaktion gebracht wird, d. h.
zur
Herstellung eines Polyoxyalkylenglykols, das auf eine Thioverbindung endet, wobei
als Nebenprodukt das Alkalimetallhalogenid geliefert wird.
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Erfindungsgemäss hat man herausgefunden, dass diese letzte Reaktion
wirtschaftlich ist, wenn während der Reaktion der pH-Wert so niedrig gehalten wird,
dass ein Gelieren unmöglich wird und so abgestimmt wird, dass der endgültige Wert
weniger als 9.5 beträgt, d. h. unterhalb des Wertes liegt, der ein Gelieren des
unfiltrierten Harzes bewirkt0 Zu diesem Zweck setzt man vorzugsweise einen Uberschuss
an Alkalimetallsulfhydrat zu, der so abgestimmt wird, dass während der Reaktion
ein Gelieren unmöglich ist und der endgültige pH-Wert nicht mehr als 9.5. beträgt.
Man hat festgestellt, dass die Menge wenigstens das stöchiometrische Äquivalent
des Ausgangspolyols zusätzlich einer Menge, die ein System mit einem pH-Wert von
weniger als 9.5 liefert, betragen sollte. Wesentlich und kennzeichend ist, dass
der pH-Wert hinreichend niedrig sein muß, damit ein Gelieren verhindert wird. Praktische
Erfahrungen haben gezeigt, dass der endgültige pH-Wert unterhalb des Wertes liegen
soll, der ein Gelieren des unfiltrierten Harzes bewirkt.
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Eine stöchiometrische Menge oder ein Überschuss von nicht mehr als
10 * hat sich in den meisten Fällen zur Aufrechterhaltung der Reaktion und zur Erzielung
eines endgültigen pH-Wertes von 6.5 - 7.5 als befriedigend erwiesen. 7.5 ist also
der bevorzugte Höchstwert. Es können hingegen grössere Uberschüsse angewendet werden,
wenn diese nicht zum Gieren während der Reaktion oder zu einem pH-Wert führen, der
ein Gelieren des unfiltrierten Harzes bewirkt. Vorzugsweise ist der höchste annehmbare
Uberschuss,
sowohl von wirtschaftlichen als von praktischen Erwägungen aus, in der Grössenordnung
von 20 - 30 %.
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Die Reaktion kann als Schaubild in folgender Weise dargestellt werden:
0 |
1) R(OH)n + n CH - OH - OH |
(Polyoyalkylen- (Epihalogenhydrin) |
glykol |
6t |
R(OCH,CH n CH21)n (intermediertes Halogenhydrin) |
OH |
nNaSH |
OH - CH2SH)n + nNaX |
R(0CH2 - (Nebenprodukt) |
2 (Nebenprodukt) |
OH |
(Polyoxyalkylenglykol auf eine Thioverbindung endend) In der vorstehenden Formel
ist R(OH) n ein Polyoxyalkylenglykolpolymerisat. n ist die Anzahl der aktiven Hydroxylgruppen
in dem auf Hydroxyl endenden Polymerisat. Es ist folglich zugleich die theoretische
Anzahl der Epihalogenhydrinmoleküle, der Halogenhydrinendungen, der Natriumsulfhydratmoleküle
und der Thio-Endungen. In der Praxis kann der Wert von n als Halogenhydrinendung
und als Thio-Endung weniger als der thocretische Wert betragen, da die Reaktion
nicht 100%ig vollständig verläuft und ausserdem eine gewisse Verlängerung der Kette
stattfindet. x stellt das Halogen dar, das aus Chlor, Brom oder Jod bestehen kann.
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Der Zusatz eines Epihalogenhydrins zum Glykol ist in der Fachwelt
bekannt und wird gewöhnlich durch eine Säure katalysiert. Die zugesetzte Epihalogenhydrinmenge
beträgt etwa das stöchiometrische Äquivalent, aber nicht mehr als einen Uberschuss
von 15. Die bevorzugte Menge ist ein Uberschuss von etwa 10%.
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Bei dem zweiten Verfahrensschritt, in dem der pH-Wert geregelt wird,
hat sich ein flockiges Natriumsulfhydrat von technischem Gütegrad als ausgezeichnetes
Reaktionsmittel erwiesen.
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Dieses ist ein im Handel erhältliches Erzeugnis mit annähernd der
nachstehenden Zusammensetzung: NaSH 70 - 72 ffi Na2S Teile je Million 2.5 NaCl 0.8
Na2SO3NaHCO3 0.4 Fe Teile je Million 5 Cu, Ni, Cr, Mn, Pb 1 kristallisiertes Wasser
28 - 26 ffi Wie angegeben, wird die endgültige Reaktion bei einem sorgfaltig geregelten
pH-Wert durchgeführt, so dass der Überschuss keinesfalls die Menge überschreitet,
die einen pH-Wert von mehr als 9.5 bewirkt. Wird ein solcher Überschuss angewendet,
dann schadet er der Reaktion an sich nicht, vorausgesetzt, dass er unter der Menge
liegt, die ein Gelieren während der Reaktion herbeiführt und dass er nach Adauf
der Reaktionszeit sorgfältig entzogen wird, so dass sich ein Harz ergibt, das Uberwiegend
frei von überschüssigen Reagenzien ist und einen endgültigen pH-Wert besitzt, der
unterhalb dessen liegt, der während
des Lagerns und der Anwendung
ein Gelieren bewirkt.
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Bei der Erfindung ist von entscheidender wirtschaftlicher Bedeutung,
dass ein festes oder pulverförmiges Natriumsulfhydrat und kein Lösungsmittel für
die Reaktion erforderlich ist.
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Gewöhnlich muß man zur Darstellung eines Thiols oder eines Mercaptans
aus einem Halogenid eine Lösung von Natriumsulfhydrat verwenden, die durch Sättigung
einer Natriumäthoxydlösung mit Schwefelwssserstoffgas hergestellt wurde. Eine derartige
Reaktion wird häufig so- vorgenommen, dass man Schwefelwasserstoffgas durch die
Reaktionsmischung perlen lässt, damit die Bildung von Sulfiden oder Disulfiden unterbunden
wird. Gelegentlich wird die Reaktion unter Verwendung eines Reduktionsmittels durchgeführt,
z. B. Lithium-Aluminiumhydrid, so dass eine Oxydation verhütet wird. Man kann die
Reaktion auch unter Anwendung von Druck oder in einer neutralen Atmosphäre durchführen,
so dass eine Oxydation der Reaktionsteilnehmer ausgeschaltet wird. Besonderes Augenmerk
muß darauf gerichtet werden, dass die Reaktionsbedingungen so gewählt werden, dass
die Bildung von Sulfiden oder Disulfiden unmöglich ist. Gewöhnlich sind aber die
erforderlichen Verfahren so umständlich, dass sie wirtschaftlich nicht mehr sinnvoll
sind. Das erfindungsgPnksse Verfahren vermgidet das Entstehen unzuträglicher Mengen
an Disulfiden und Sulfiden, die zur Gelbildung führen.
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Das Patent Nr. 2 581 464 (Zeck) gibt die Reaktion von Natriumsulfhydrat
mit Polyhalogenhydrinäthern an. Man hat in der Praxis festgestellt, dass jedoch
die Bedingungen während der Reaktion so eigenartig und entscheidend sind, dass die
Theorie
gewöhnlich nur bedingt für die Anwendungen zutrifft.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Umsetzungereaktion mit Polymerisaten,
insbesondere mit Polyätherglykolen, und liefert wirtschaftliche Ausbeuten durch
die sorgfältige Abstimmung des pH-Wertes, wie voretehend bereits beschrieben wurde.
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Wenn man den Überschuss des Alkalimetallsulfhydrats möglichst nahe
dem stöchiometrischen Äquivalent wählt, dann ist das System überwiegend neutral
und beständig und widersteht der Gelbildung.
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Das als Nebenprodukt gebildete Salz (das Halognid des Alkalimetalls)
lässt sich leicht abfiltrieren und die entstandene Harzmasse ist äusserst beständig.
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Die Epihalogenhydrine, insbesondere Epichlorhydrin, sind besonders
vorteilhaft, da das entstandene Polymerisat, das auf eine Thioverbindung endet,
eine sehr gute Aktivität im Endmercaptan besitzt, die auf dem Einfluss der Hydroxylgruppe
auf das?-Kohlenstoffatom beruht0 Diese bessere Aktivität des Mercaptans gestattet
die Anwendung von Härtemitteln, die sonst nicht für flüssige Polymerisate geeignet
sind, die auf eine Thioverbindung enden, z. B. flüssige Polysulfidharze. Ausserdem
ermöglicht eine derartige erhöhte Aktivität die Anwendung geringerer Härtezusätze
und anderer Zusatzstoffe, z.3. Amine und Beschleuniger. Ein geringerer Zusatz dieser
Verbindungen führt zu besseren physikalischen Eigenschaften, z.B. Nassfestigkeit,
Beständigkeit und Farbbeständigkeit des entstandenen Elastomeren, Die Polymerisate
nach der Erfindung erfordern beim Härten weniger Peroxyd und einen geringeren Zusatz
an Beschleunigern.
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Darüberhinaus reqieren sie mit weniger reinen und weniger kostspieligen
Peroxyden und können gut mit organischen Peroxyden zur Reaktion gebracht werden.
Der hohe Anteil von Härtemitteln, der zur die tbliohen Polysulfide erforderlich
ist, verhindert eine praktisch wirkungsvolle Verwendung von organischen Perozyden,
da während der Reaktion eine grosse Menge von nachteiligen Nebenprodukten gebildet
wird. Die Polymerisate nach der Erfindung eriordern lediglich einen geringen Bruchteil
der üblichen Zusätze an Peroxyden und Beschleunigern.
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Die Polymerisate reagieren gut mit Diolefinen, die gewöhnlich keine
ausreichende Aktivierung für die Reaktion mit den herkbmmlichen flüssigen Polysulfidharzen
zeigen. Sie reagieren ausserdem gut mit den bekannten Epoxy-Harzen, häufig sogar
ohne dass ein Katalysator oder Beschleuniger zugesetzt werden müssen.
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Schliesslich sind die Endgruppen der orfindungsgemässen Polymerisate
so empfindlich gegen Sauerstoff, dass luftgehärtete Systeme möglich sind, wodurch
in einfacher und wirtschaftlicher Weise in einem Gießvorgang elastomere Gegenstände
geliefet werden können.
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Obwohl es möglich ist, die Reaktion in einem Lösungsmittel durchzufhhren,
hat man herausgefunden, dass das Polyol selbst in hinreichender Weise wie ein Lösungsmittel
wirkt, wenn es auch eigentlich ein schwaches Lösungsmittel darstellt. Die begrenzte
Lösbarkeit fördert das Verfahren. Wird ein Lösungsmittel, z*B. ein Alkohol, angewendet,
dann reagiert das Sulfhydrat in Lösung sehr schnell und führt zu einer mässig heftigen
exothermischen Reaktion, welche - ausser im Laboratorium -ein
Verfahrungsproblem
darstellt, Iat das Polyol selbst das einzige Lösungsmittel, dann bewirkt die begrenzte
Lösbarkeit tatsächlich, dass die Reaktionsgeschwindigkeit leicht Fegelbar ist. Ausserdem
wird durch die Abwesenheit eine. äusseren Lösungsmittels die Geruchsbindung überflüssig,
da keise Lösungemitteldänpfe rtickfliessen und deren Abgase in die Atmesphäre entweichen.
Selbstverständlich erübrigt sich auch ein Entsug des Lösungsmittels nach Beendigung
des Verfahrens.
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Besonders geeignete, im Handel erhältliche Polyoxyalkylenglykole,
die sich bewährt haben, sind trifunktionelle Polyole, z.B. Propylenoxydabkömmlinge
von Trimethylolpropan. Diese lassen sich weiter abwandeln, wenn man die Verbindungen
mit etwa 10 ffi Äthylenoxyd abstoppt, 80 dass die Hydroxylgruppen überwiegend primär
sind. Das Äquivalentgewicht schwankt zwischen 140 und mehr als 2000. Trifunktionelle
Polyole, welche Propylenoxydabkömmlinge von 1,2,6-Hexantriol sind und ein Äquivalentgewicht
von 1500 - 2100 besitzen, haben sich ebenfalls als zufriedenstellend erwiesen. Bin
im Handel erhältliches trifunktionelles Polyol, das ein Abkömmling des Glycerols
ist und das überwiegend in einem Gefüge aus den rekurrierenden Einheiten des Propylenoxyds
besteht und mit einer geringen Menge Äthylenoxyd abgestoppt ist, so dass im wesentlichen
primäre Hydroxylgruppen vorhanden sind, liess sich in befriedigender Weise anwenden.
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Dae Äquivalentgewicht dieser Verbindung betrug etwa 1000 -1650.
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Beispiel 1.
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Im ersten Verfahrensechritt wurden einem Äquivalent eines Glykols,
wie vorstehend beschrieben, 92.5 g Epichlorhydrin und Staniohlorid mal 5 H20 (0.2
% ausgehend vom Gewicht des Polyol)
zugesetzt. Die Reaktion wurde
im Verlauf von drei Stunden bei 1100C in einer FreXhalßigen Flasche durchgeführte,
die mit einer Rührvorrichtung, Thermometer und Kühler versehen war.
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Die Ausbeute war reichlich, und das entstandene Trichlorhydrin erwies
sich ohne weitere Behandlung als rein genug.
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Beispiel 2.
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Der erste Verfahrensschritt kann andererseits auch darin bestehen,
dass 101.8 g Epichlorhydrin (ein uberschuss von 10 * ausgehend vom Gewicht des Polyols)
und Stannichlorid mal 5 H20 (0.2 % ausgehend vom Gewicht des Polyols) einem Äquivalent
eines Glykols zugesetzt wurden. Die Reaktion wurde bei 110°C im Verlauf von drei
Stunden in einer dreihalsigen Flasche durchgeführt, die mit einer Rührvorrichtung,
einem Thermometer und einem Kühler versehen war. Die Ausbeute war reichlich, und
das entstandene Trichlorhydrin war ohne weitere Behandlung rein genug.
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Beispiel 3.
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Man kann auch 137.0 g Epibromhydrin anstelle der Chlorverbindung
verwenden, so dass Tribromhydrin mit annähernd dem gleichen Reinheitsgrad als Ausbeute
geliefert wird.
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BeisPiel 4.
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Auch 151.0 g Epibromhydrin(ein Uberschuss von 10 % ausgehend vom
Polyol) können anstelle der Chloridverbindungen verwendet werden, so dass Tribromhydrin
mit annähernd gleichem Reinheitsgrad als Ausbeute geliefert wird.
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Beispiel 5.
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Auch wasserfreies Stannichlorid lässt sich als Katalysator in einer
Menge von 0.1 % ausgehend vom Gewicht des Polyols in befriedigender Weise verwenden.
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Beispiel 6.
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Wie in Beispiel 2 wurde Trichlorhydrin aus einem trifunktionellen
Polyol mit einem Äquivalentgewicht von annähernd 1476 hergestellt, das ein Propylenoxydabkömmling
des Trimethylolpropans war. Der zweite Schritt bestand im Zusatz von 80.0 g handelsüblichem
Natriumsulfhydrat zum Trichlorhydrin des ersten Verfahrensschrittes. Die Mischung
wurde unter Rühren 1 1/2 Stunden lang auf 1000C erwärmt. Die Färbung wechselte von
strohgelb über grün zu weiss, wodurch die Vollständigkeit der Reaktion angezeigt
wurde. Die Mischung wurde filtriert und ergab einen klar gelben Stoff mit einem
Mercaptanäquivalent von 0.51 und enthielt 1.59 % Schwefel und weniger als 0.1 %
Chlor.
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Beispiel 7.
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Dem gleichen Trichlorhydrin wie in Beispiel 6 wurden 88.0 g (ein
Überschuss von 10 ffi ausgehend vom Polyol) handelsübliches Natriumsulfhydrat zugesetzt.
Nach beendigter Reaktion betrug der pH-Wert der Mischung 8.3. Dieser pH-Wert war
nicht hoch genug, um zu einer Gelbildung zu führen. Die Mischung wurde filtriert
und der pH-Wert betrug 6. 5.
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Beispiel 8.
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Dem Trichlorhydrin von Beispiel 6 wurden 104.0 g (ein aber schuss
von 30 % ausgehend vom Polyol) handelsübliches Natriumsulfhydrat zugesetzt. Nach
beendigter Reaktion gelierte die Mischung und besass einen pH-Wert von 9.8. Ein
derartiges System ist also unbefriedigend. Es zeigte, dass die Regelung des pH-Wertes
während der Reaktion und nach deren Beendigung wichtig für ein wirtschaftliches
Verfahren ist.
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Beispiel 9.
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Wie in Beispiel 4 wurde Tribromhydrin aus einem trifunktionellen
Polyol mit einem Äquivalentgewicht von annähernd 1476, das ein Propylenoxydabkömmling
des Trimethylolpropans war, hergestellt.
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Diesem Tribromhydrin wurden 88.0 g (ein Überschuss von 10 % ausgehend
vom Polyol) handelsübliches Natriumsulfhydrat zugesetzt und unter Rühren bei 1000C
1 1/2 Stunden lang erwärmt. Der endgültige pH-Wert betrug 6.7, und das abfiltrierte
Salz ergab eine fast wasserklare Flüssigkeit mit den gleichen Eigenschaften wie
das Trimercaptan aus Trichlorhydrin. Die Analyse zeigte einen Schwefelgehalt von
1.58 % und weniger als 0.1 % Brom.
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Beispiel 10.
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Dem Trichlorhydrin des Polyols der Beispiele 6 und 9 wurden 88.0
g (ein tberschuss von 10 % ausgehend vom Polyol) handelsübliches Natriumsulfhydrat
zugesetzt und die Mischung 3 Stunden lang unter Rühren auf 1000C erwärmt. Die Mischung
besass einen endgültigen pH-Wert von 6.5 und schien dem Trimercaptan von Beispiel
6 identisch zu sein.
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Beispiel 11.
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Dem Trichlorhydrin des Polyols der Beispiele 6 und 9 wurden 80.0
g handelsübliches Natriumsulfhydrat zugesetzt und die Mischung 1 1/2 Stunden lang
unter Rühren auf 1300C erwärmt.
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Der Stoff war überwiegend identisoh mit dem der Beispiele 6-10.
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Beispiel 12.
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Wie in Beispiel 2 wurde ein Trichlorhydrin aus einem trifunktionellen
Glykol mit einem Äquivalentgewicht von annähernd 143, das ein Propylenoxydabkömmling
des Trimethylolpropans war,
hergestellt, Diesem Trthlorhydrin wurden
88.0 g (eineÜberschuss von 10 % ausgehend vom Polyol) handelsübliches Natriumsulfhydrat
zugesetzt. Beim Rühren beobachtete man eine sofort einsetzende exotherme Reaktion.
Es war erforderlich, die Mischung in einem Bad mit einem Eissalz zu kühlen, damit
die Reaktionstemperatur unter 100°C blieb. Die exotherme Reaktion wurde von einem
unmittelbar einsetzenden Niederschlag des Salzes begleitet, wobei die Lösung sich
tiefbraun färbte. Nach Beendigung der exothermen Reaktion wurde die Mischung unter
Rühren 1 1/2 Stunden lang auf iOO0C erwärmt. Die Mischung wurde allmählich reicher
an ausgefälltem Salz und färbte sich noch tiefer dunkelbraun.
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Das Salz wurde abfiltriert, und ergab eine Flüssigkeit mit einem pH-Wert
von 6.8 und besass ein Mercaptanäquivalent von 4.21, enthielt 14. 6 % Schwefel und
0.1 % Chlor.
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Beispiel 13.
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Dem gleichen Glykol wie in Beispiel 12, das aber in der Weise von
Beispiel 4 zu einem Tribromhydrin reagiert wurde, wurden 80.0 g handelsübliches
Natriumsulfhydrat zugesetzt.
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Das Veriahren von Beispiel 12 wurde angewendet. Die Reaktion ergab
ein überwiegend gieiches Enderzeugnis, das Brom anstelle von Chlor enthielt.
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Beispiel 14, Bin trifunktionelles Polyol mit einem Äquivalentgewicht
von etwa 242, das ein Propylenoxydabkömmling von Trimethylolpropan war, wurde wie
in Beispiel 2 mit Epichlorhydrin zur Reaktion gebracht. Dem entstandenen Trichlorhydrin
wurden 80.0 g handelstibliches Natriumsulfhydrat zugesetzt. Beim Rühren wurde ein
sofortiger
Temperaturanstieg auf 120 C beobachtet. Nach Beendigung der exothermen Reaktion
wurde der Mischung Wärme zugeführt, so dass die Temperatur 1 1/2 Stunden lang auf
110°C gehalten wurde. Nach beendigter Reaktion besass die Mischung einen pH-Wert
von 6.7. Das Salz wurde abfiltriert. Die Lösung war von bernsteingelber Farbe und
besass ein Mercaptanäquivalent von 2. 73 enthielt 7.11 % Schwefel und 0.07 ffi Chlor.
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Die gleiche Reaktion wurde unter Verwendung von Epibromhydrin von
Beispiel 4 anstelle des Epichlorhydrins von Beispiel 2 durchgeftihrt und die gleichen
Ergebnisse wurden erzielt, mit dem einzigen Unterschied, dass das Chlor durch Brom
ersetzt war.
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Beispiel 15.
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Das Verfahren von Beispiel 14 wurde mit dem Unterschied wiederholt,
dass 92.0 g (ein Uberschuss von 15 ffi ausgehend vom Polyol) handelsübliches Natriumsulfhydrat
zugesetzt wurden. Der endgültige pH-Wert betrug 8.5. Nachdem das Salz abfiltriert
worden war, besass das verbliebene Harz einen pH-Wert von 6. 9.
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Das entstandene bernsteinfabene Erzeugnis war dem von Beispiel 14
identisch.
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Beispiel 16.
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Beispiel 14 wurde mit 104.0 g (einem Uberschuss von 30 k ausgehend
vom Polyol) handelsüblichem Natriumsulfhydrat wiederholt. Die Mischung gelierte,
ehe die Reaktion abgeschlossen war.
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Beispiel 17.
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Ein trifunktionelles Polyol mit einem Äquivalentgewicht von 499,
das ein Propylenoxydabkömmling des Trimethylolpropans war, wurde mit Epichlorhydrin
wie in Beispiel 2 zur Reaktion gebracht.
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Dem entstandenen Trichlorhydrin wurden unter Rühren 88.0 g (ein Sberschuss
von 10 % ausgehend vom Polyol) handelsübliches Natriumsulfhydrat zugesetzt. Die
exotherme Reaktion führte zu einem Temperaturanstieg auf 1000C. Auf dieser Temperatur
wurde die Mischung dann durch äussere Wärmezufuhr 1 1/2 Stunden lang gehalten. Der
endgültige pH-Wert betrug 6.6. Das Salz wurde abfiltriert. Das entstandene Trimercaptan
war fast wasserklar und besass ein Mercaptanäquivalent von 1. 51 und enthielt 4.64
% Schwefel und 0.2 ffi Chlor.
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Das gleiche Verfahren wurde unter Verwendung von Epibromhydrin wie
in Beispiel 4 anstelle des Epichlorhydrins von Beispiel 2 wiederholt, und das Ergebnis
war überwiegend gleich.
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Beispiel 18.
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Ein trifunktionelles Polyol mit einem Äquivalentgewicht von 1470,
das ein Propylenoxydabkömmling des Trimethylolpropans war, wurde zur Reaktion gebracht
und dem entstandenen Trichlorhydrin wurden 80.0 g handelsübliches Natriumsulfhydrat
zugesetzt.
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Die Mischung wurde unter Rühren 2 1/2 Stunden lang auf 1000C erwärmt.
Der endgültige pH-Wert betrug. 6.8. Nach dem Entzug des Salzes gewann man eine hellgelbe
Plüssigkeit mit geringer Viskosität und einem Mercaptanäquivalent von 0.43.
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Beispiel 19.
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Ein trifunktionelles Polyol mit einem Aquivalentgewicht von 1998
das ein Bopylenoxydabkömnling von 1,2,6-Hexantriol war, wurde wie in Beispiel 2
zur Reaktion gebracht. Dem entstandenen Trichlorhydrin wurden 88.0 g (ein Uberschuss
von 10 % ausgehend
vom Polyol) handelsübliches Natriumsulfhydrat
zugesetzt. Die Mischung wurde unter Rühren 2 Stunden lang auf 1150C erwärmt.
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Die entstandene gelblich-weisse Flüssigkeit beaass einen pH-Wert von
6.6 und wurde von dem ausgefällten Salzkuchen dekantiert. Das Mercaptanäquivalent
war 0.39. 1.33 % Schwefel und 0.1 % Chlor waren enthalten.
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Beispiel 20.
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Das Verfahren von Beispiel 19 wurde mit dem Unterschied wiederholt,
dass das Ausgangsglykol ein trifunktionelles Polyol mit einem Äquivalentsgewicht
von 1560 war. Das entstandene Trichlorhydrin wurde mit 80. 0 g handelsüblichem Natriumsulfhydrat
2 1/4 Stunden lang auf 1150C erwärmt. Die entstandene kanariengelbe Flüssigkeit
besass einen endgültigen pH-Wert von 6.5 nach dem Abfiltrieren des Salzes und ein
Mercaptanäquivalent von 0.41, enthielt 1.36 % Schwefel und 0.2 % Chlor.
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Beispiel 21.
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Beispiel 19 wurde mit dem Unterschied wiederholt, dass das Ausgangsglykol
ein trifunktionelles Polyol mit einem Äquivalentgewicht von 975 war, das ein Glycerolabkömmling
war. Der überwiegende Teil des Gefüges bestand aus rekurrierenden Propylenoxyd-Einheiten,
die mit geringen Mengen Äthylenoxyd abgestoppt waren. Das Trichlorhydrin als Zwischenprodukt
wurde mit 80.0 g handelsüblichem Natriumsulfhydrat zur Reaktion gebracht und 1 1/2
Stunden lang bei 100°C gerührt. Die entstandene Mischung besass einen pH-Wert von
6.4. Das Salz wurde abfiltriert. Die Analyse ergab ein Mercaptanäquivalent von 0.
36 und einen Schwefelgehalt von 2.44 % und einen Chlorgehalt von 0. 1. Die flüssigen
Polymerisate nach der Erfindung lassen sich auf verschiedenem
Wege
leicht härten, wie die nachstehenden Beispiele zeigen worden.
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Beispiel 22.
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Aus dem Harz des Beispiels 6 wurden die nachstehend angegebenen Mischungen
bereitet, die über eine 3-Rollen-Auftragwalze dispergiert wurden. Nach Zusatz der
angegebenen Härtemittel härteten die Verbindungen zuXElastomeren. Ihre Eigenschaften
machen dieErzeugnisse geeignet für 2-teilig vergiessbare Elastomere und als Dichtungsmittel
sowie industriell verwendbare Überzüge und Umhüllungen.
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Stoffe Verbindung 1 Verbindung 2 Harz nach Beispiel 6 470 410 Haftungspromotoren
10 40 neutrale Füllstoffe 100 400 thixotropischer Zusatz 10 10 Aluminiumflocken
100 690 860 Härtemittel Cumolhydroperoxyd 26 50 % PbO - neutraler Weichmacher 69
759 886 Beispiel 23.
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Das Harz des Beispiels 21 wurde mit Calciumcarbonat in einem Gewichtsverhältnis
von 100 : 100 vermischt und dann über eine Walze geschickt. Das hellgelblich-weisse
Material wurde dann mit 10 Teilen eines Mangandioxyd-Katalysators (50 : 50, Mn02
neutralem Weichmacher) vermischt und der Härtung überlassen.
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Durch die Härtung wurde ein Elastomeres mit den Eigenschaften eines
Kautschuks geliefert, der sich gut als Dichtung oder Überzug verwenden lässt.
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Beispiel 24.
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Das Harz von Beispiel 21 wurde gründlich mit einem neutralen Füllstoff
vermischt (278 s 278 Gewichtsteilen) und gemahlen.
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Dem entstandenen kremig weissen Stoff wurden 0.5 Teile Triäthylendiamin
zugesetzt, und dann wurden 12 Teile Divinylsulfon in die Mischung eingerührt. Nach
30 Minuten war die Mischung zu einem festen, harten Stoff gehärtet, der als Dichtung
oder Überzug verwendet werden kann.
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Beispiel 25.
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Das Harz des Beispiels 17 wurde mit einem neutralen Füllstoff verrührt
(100 Gewichtsteile auf 150 Gewichtsteile) und dann mit 0.05 Teilen eines Beschleunigers
(Tetramethylthiurandisulfid) gemahlen. Der Stoff wurde durch Zusatz von 10 Teilen
des erwähnten Mangandioxyd-Katalysators gehärtet, so dass sich ein hervorragendes
Elastomeres bildete, das eine gute Dehnbarkeit, Zugfestigkeit und Nachgiebigkeit
besass.
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Beispiel 26.
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Das Trimercaptan des Beispiels 15 wurde mit einem neutralen Füllstoff
gründlich vermischt (100 Gewichtsteile auf 125 Gewichtsteile). Dann wurden 0.5 Teile
Triäthylendiamin und 7.5 Teile Mangandioxyd-Katalysator zugesetzt. Durch die Härtung
entstand ein Elastomeres mit kautschukartigen Eigenschaften, das als Dichtung oder
Überzug geeignet ist.
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Beispiel 27.
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Das Harz des Beispiels 15 wurde mit einem handelsüblichen Epoxy-Harz
mit einem Epoxydäquivalent von 195 vermischt (5Q Gewichtsteile auf 50 Gewichtsteile)
und 10 g eines Beschleunigers, in diesem Fall 2, 4,6-Tri( dimethylaminomethyl)phenol,
wurden
zugesetzt. Nach 24 Stunden bei Zimmertemperatur war die Mischung zu einem harten,
wärmebildsamen Harz gehärtet, das eine ausgezeichnete Durchschlagfestigkeit besass.
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Beispiel 28.
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Dem Polymerisat des Beispiels 17 wurde ein handelsübliches EpopHarz
mit einem Epoxydäquivalent von 210 zugesetzt (36 Gewichtsteile auf 72 Gewichtsteile)
und ausserdem 10 g 2,4,6-Tri(dimethylaminomethyl)phenol als Beschleuniger. Ein hartes,
wärmebildsames Harz bildete sich nach 10 Stunden bei Zimmertemperatur.
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Die beschriebenen Polyäther, die auf eine Thioverbindung enden, lassen
sich leicht härten und in nützliche Elastomere umwandeln, wenn man die verschiedenen
Härtemittel, vorzugsweise organische und anorganische Peroxyde anwendet. Derartige
Elastomere können in Form von Flüssigkeiten oder als Pasten vergossen werden und
nachfolgend an Ort und Stelle gehärtet werden, wobei Wärme bzw. Druck angewendet
werden kann. Sie können als Dichtungsmittel in der Industrie Verwendung finden oder
als abdichtende und überziehende Verbindungen, die sowohl vergiessbar sind als auch
nicht abtropfen. Nach Verdünnen mit Lösungsmitteln ergeben sie wertvolle elastomere
Überzüge.
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Die Umwandlung der Glykole in wirtschaftlich brauchbare Elastomere
erfordert gewöhnlich neben dem Zusatz des Härte. mittels weitere Verstärkungen,
z. B. verstärkende Farbzusätze und andere Beimischungen, die zur Herstellung der
verschiedenen Erzeugnisse nötig sind.
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Vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus ist das bevorzugte Härtemittel
gegenwärtig Cumolhydroperoxyd. Andere organische Peroxyde, z. B. Benzoylperoxyd,
t-Butylhydroperoxyd und Methyläthylketonperoxyd haben befriedigende Ergebnisse geliefert.
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Anorganische Peroxyde, die sich bewährt haben, sindt Blei-, Mangan-,
Zink- und Tellurdioxyd. Auch Divinylsulfon ist als Härtemittel geeignet.
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Das zweiteilige System, das die industriell verwendbaren Elastomeren
nach der Erfindung liefert, lässt sich in folgender Weise kennzeichnen: einem Polyoxyalkylenglykolharz,
das auf eine Thioverbindung endet, mit einem Molekulargewioht von annähernd 4000
werden zur Abwandlung anderen Harzen zugesetzt (Polymerisate, die auf eine Thioverbindung
enden, und ein höheres oder niedrigeres Molekulargewicht besitzen), damit die Biegsamkeit,
Elastizität, der Härtegrad und die -dauer entsprechend abgeändert werden. Nachfolgend
werden Haftungspromotoren und Weichmacher, z.B, Phenol-, Epoxy- und Carboxylharze
sowie andere der Fachwelt bekannte Promotoren, einverleibt.
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Falls gewünscht, werden dann neutrale Füllstoffe, verstärkende Farbzusätze
und thixotropische Mittel beigemischt. Die gesamte Mischung wird über eine 3-Rollen-Auftragwalze
dispergiert und die Verbindungen zu Elastomeren gehärtet, so dass das entstandene
Erzeugnis ein vergiessbares Elastomeres ist, das sich in der Industrie als Dichtung
oder Überzug verwenden lässt.
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Kennzeichnende Beispiele sind nachstehend beschrieben: Zu 20 Gewichtstellen
eines Polyoxyalkylenpolymerisats mit einem annähernden Molekulargewicht von 4000,
das auf eine Thioverbindung endet, wurden 12 Gewichtsteile ein
polymerisats
mit einem Molekulargewicht von 6000 und 5 Teile eines Polymerisats, das auf eine
Thioverbindung endet und ein Molekulargewicht von 1000 besitzt, gemeinsam mit 6
Teilen eines modifizierten Phenolharzes gegeben und gründlich in einer Mischvorrichtung
miteinander vermischt. Dieser Harzmischung wurden 5 Gewichtsteile Dioctylphthalat,
2 Gewichtsteilo Stearinsäure, 2 Gewichtsteile Metallseife, 2 Gewichtsteile Titandioxyd
und45 Gewichtsteile Calciumoarbonat zugesetzt. Die Mischung wurde gründlich vermischt
und dann ttber eine 3-Rollen-Walze geschickt. Rach der beschriebenen Behandlung
wurde der weisse Stoff gründlich mit 3 Gewichtsteilen Cumolhydroperoxyd vf @@ @@ht
und der Härtung überlassen. Zs entstand @@ kautschukartiges Elastomeras mit guter
Zugfestigkeit und Dehnbarkeit, das als Dichtung oder Überzug verwendbar ist.
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Die physikalischen Eigenschaften der Elastomere waren wie folgt:
Viskosität (Poiss) - 20 000 Arbeitsdauer (Std.) - 6 Fliessbarkeit (cm) -0 Zeit (Std.)
ohne zu kleben - 16 Härte (Shore A'') -25 Zugfestigkeit (kg/cm2) -9.l Dehnung (%)
- 300 Reißfestigkeit (PLI) - 28
Die nachstehende Tabelle gibt eine
Reihe von Abwandlungen für das beschriebene Beispiel an: Stoffe (in Gewichtsteilen)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Polyoxyalkylenglykol, das auf eine Thioverbindung endet
(Mw. ca. 4 000) 20 32 43 32 32 32 32 32 32 32 32 Polyoxyalkylen- 12 glykol das auf
eine Thioverbindung endet (IEw. ca. 6 000) Polymerisat, das auf eine Thioverbindung
endet (Mw. ca.
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1000) 5 5 3 Phenolharz 6 6 7 6 6 8 6 6 6 6 6 Weichmacher 5 5 7 Stearinsäure
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Metallseife 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Titandioxyd 2 2 3 3 3 6 3 3
3 2 2 Calciumcarbonat 45 45 36 45 45 45 45 45 45 45 45 Härtemittel (in Gewichtsteilen)
Cumolhydroperoxyd 3 3 3 Benzoylperoxyd 3 t-Butylhydroperoxyd 3 ethyläthylketonperexyd
3 Divinylsulfon 1.5 Bleidioxyd 5 Mangandioxyd 5 Zi nkdi oxyd 5 Tellurdioxyd 1
Stoffe
(in Gewichtsteilen) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Bigenschaften Viskosität (P. x 10) 20
20 0.6 20 20 20 20 20 20 20 20 Arbeitsdauer (Std) 6 5 4 6 3 8 min 1 8 12 5 2 Fließbarkeit
(cm) O 0 3.8 0 0 0 0 0 0 0 0 Zeit (Std.) ohne zu kleben 16 16 16 24 16 4 12 24 30
16 16 Härte ("Shore A") 25 35 25 20 25 20 20 40 40 38 20 Zugfestigkeit (kg/ cm2)
9.1 9.45 7.7 16.8 16.8 6.3 Dehnung (%) 300 290 250 725 250 500 Reißfestigkeit (PLI)
28 30 22