DE1595759B2 - Verfahren zur Herstellung von Polyäthern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von PolyäthernInfo
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Description
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von endständig Hydroxylgruppen tragenden Polyäthern,
Vorzugsweise verwendet man den Katalysator in einer Menge von etwa 0,01 bis 1,00 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gesamtgewicht des Monomeren, sowie ein Telogen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
von etwa 31 bis 4000.
Ein erfindungsgemäß bevorzugtes Telogen enthält 1 die mit KOH hergestellten Diole eine merklich gerin-
bis 2-SH-Gruppen. Ein anderes bevorzugtes Telogen, gere Funktionalität als die erfindungsgemäß hergestell-
das erfindungsgemäß Verwendung finden kann, ist ten. Ähnliche Unterschiede in der Funktionalität kann
eine polyhydroxy-aromatische Verbindung. Bevor- man im Falle von Triolen bei Molekulargewichtsbe-
zugt wird erfindungsgemäß ein Telogen verwendet, das 5 reichen von 3000 und 4000 beobachten,
ein polyhydroxy-organisches Polymeres darstellt, das
aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff be- gelogen und Telomer
steht.
Besonders bevorzugt wird ein Telogen verwendet, Es ist nicht genau bekannt, was bei dem vorliegenden
das ein aliphatisches Polyol darstellt, das 2 bis 6 Hy- io Verfahren vor sich geht, wenn auch angenommen werdroxylgruppen
und ein durchschnittliches Molekular- den kann, daß das Telogen als Kettenübertragungsgewicht
bis zu 4000 aufweist. Ein solches Telogen ist mittel wirkt. Es wird nicht angenommen, daß das
vorzugsweise ein Dihydroxyalkan oder ein Trihydroxy- Telogen des Kettenwachstum beeinflußt, sondern vielalkan.
mehr eine Kettenübertragung veranlaßt, um Polymeri-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die 15 sate mit einem ziemlich niedrigen Durchschnitts-Mole-Gewinnung
von hochmolekularen Diolen, Triolen kulargewicht und in bestimmten Fällen einer engen
usw. ohne nennenswerte ungesättigte Endgruppen. Molekulargewichtsverteilung zu erzeugen. Die Alko-Der
derzeit zur Herstellung von Polyätherpolyolen hole, Glykole usw. reagieren über ihre Hydroxylgrupverwendete
Katalysator ist beispielsweise KOH. Je- pe(n) und die Mercaptane über ihre Sulfhydrylgrupdoch
scheint das Molekulargewicht von mit KOH her- 20 pe(n). Es wird angenommen, daß die Grundreaktion,
gestellten Produkten auf etwa 4000 begrenzt zu sein. die dieser Wirkung zugrunde liegt, die Übertragung
Während Diole, welche mit KOH bzw. nach dem er- eines Protons von einer Hydroxylgruppe eines Alkohols,
findungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, beim beispielsweise auf eine wachsende Polymerisatkette mit
Molekulargewicht 1000 etwa die gleiche Funktionali- gleichzeitiger Übertragung des Katalysators von dieser
tat, d. h. Hydroxylgruppen je Molekül aufweisen, zei- 25 wachsenden Kette zum Sauerstoff des Hydroxyls
gen bei einem Molekulargewicht von 2000 und darüber ist:
CH3
O — CH — CH2 — O — Katalysator + ROH
O — CH — CH2 — O — Katalysator + ROH
(wachsende Polymerenkette)
CH3 :
-^R-O- Kat. 4 O — CH — CH2 — O — H
Bei den Ketonen und Aldehyden ist es am wahr- sättigte Bindungen (Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelscheinlichsten,
daß sie zuerst enolisieren und dann bindungen) enthalten. Sie können aliphatische, aromadem
obigen Reaktionsverlauf folgen. Die Wirksamkeit tische oder alicyclische monomere oder polymere Verdieser
Reaktion wird durch die Tatsache bestätigt, 40 bindungen sein. Das Durchschnitts-Molekulargedaß
soviel wie 500 Telomerenketten je Katalysatorein- wicht des Telogens kann von 31 bis 300 000 oder sogar
heit gebildet werden können. Die Telogene sollen höher reichen. Es ist jedoch bevorzugt, daß das Durchvorzugsweise
als solche oder unter den Temperatur- schnitts-Molekulargewicht von 31 bis 4000 beträgt,
und Druck-Bedingungen der Telomerisation Flüssig- Zu Beispielen verwendbarer Telogene gehören Me-
keiten sein. Jedoch sind auch feste Telogene brauchbar; 45 thylalkohol, Äthylalkohol, Propylalkohol, Octylalkoauch
sie sollen in dem Epoxy- oder Oxetan-Monome- hol, Cetylalkohol, Cerylalkohol, Isopropylalkohol,
ren löslich oder zumindestens teilweise löslich sein. 2-Methyl-2-propanol, Benzylalkohol, Cyclohexanol;
Das Ausmaß der Löslichkeit soll wenigstens α/ιο Ge- Glykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Pinacol,
wichtsprozent des Epoxyds usw. betragen. Das ver- Polypropylenätherglykol, (durchschnittliches Molgebliebene
Material tritt, so wie es sich umsetzt, in Lö- 50 wicht 3000), Polyäthylenpropylenätherglykol, (durchsung.
Diese Telogene sollen auch frei von primären schnittliches Molgewicht 1500), Polytetramethylen-
und/oder sekundären aliphatischen Aminogruppen ätherglykol (durchschnittliche Molgewicht 2500), PoIysein.
esterglykole (Adipinsäure und Äthylenglykol, durch-
Telogene, die bei der Ausführung des erfindungsge- schnittliches Molgewicht 3000), Propandiol-1,3, Bumäßen
Verfahrens verwendet werden können, sind 55 tandiole, Pentandiol-1,5; Trimethylolprop'an, Triorganische
Hydroxylgruppen enthaltende Verbindun- propylenoxyd-Addukt von Glycerin, Trimethylolprogen,
wie primäre, sekundäre und/oder tertiäre Aiko- pan-monoallyläther, Pentaerythrit, Mannit und die
hole, Diole und Polyole und andere Hydroxylgruppen Zucker, wie Mono- und Polysaccharide, d. h. Glucose,
enthaltende Verbindungen, wie die Phenole. Die ent- Fructose, Sucrose, Raffmose usw., ebenso wie polysprechenden
organischen SuIfhydrylgruppen enthalten- 60 funktionelle Polyätherpolyole, die durch Umsetzung
den Verbindungen, wie Mercaptane oder Thiole oder einer geringen molaren Menge von Hexantriol oder
Polythiole können verwendet werden. Aldehyde und Glycerin mit Propylenoxyd oder Äthylenoxyd oder
Ketone einschließlich Dialdehyde und Diketone kön- anderen Alkylenoxyden hergestellt werden und die
nen ebenfalls verwendet werden; es wird jedoch ber polyfunktionellen Polyester-Polyole, welche durch Umvorzugt,
daß das Diketon ein solches ist, das in der 65 Setzung einer geringen molaren Menge einer aliphati-Enolform
keine konjugierte Doppelbindung ausbildet. sehen Dicarbonsäure mit einem Überschuß von GIy-Die
Telogene können auch 1,2-Epoxyd- oder 3-Oxetan- kol und einer geringen Menge von Glycerin oder Hexan-Gruppen,
Halogenatome und/oder olefinisch unge- triol hergestellt werden. Verwendbare Phenole sind
Phenol, p-Monochlorphenol, p-Kresol, Thymol, XyIenol,
Hydrochinon, Resorcin, Resorcin-Rückstände, Phloroglucin, ο-, m- oder p-Hydroxystyrol, Sah'genin,
Bisphenol A, Bisphenol F, 4,4'-Dihydroxydiphenyl 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon, 4,6,4'-Trihydroxydiphenyl-dimethylmethan,
langkettige Bisphenole der allgemeinen Formel
HO
H
-C—<
-C—<
0H
CH3
worin η und m Zahlen von 1 bis 4 bedeuten, Novolakharze
mit einer Vielzahl von Hydroxylgruppen, die die Formel
OH
OH
OH
CH
CH,
besitzen. Diese Diole, Triole, Polyole und anderen aktive Hydroxylgruppen enthaltenden Materialien,
die vorzugsweise linear oder nur gering verzweigt sind, kann man mit geringen molaren Mengen von Polyisocyanaten,
wie Tolylendiisocyanat, Naphthalindiisocyanat, Triphenylmethan-4,4',4"-triisocyanat usw.
umsetzen, um hydroxylgruppenhaltige oder endständige Hydroxylgruppen tragende Polyurethanpolyole herzustellen.
An Stelle der Polyisocyanate können Polyisothiocyanate verwendet werden.
Zu verwendbaren Aldehyden gehören Propionaldehyd, Butyraldehyd, Valeraldehyd, Acrolein, Methylacrolein,
Suceinaldehyd, Benzaldehyd, Tolualdehyd und Aldol. Zu verwendbaren Ketonen gehören Aceton,
3-Pentanon, 3-Hexanon, 3-Heptanon, Methyläthylketon, Hexandion-2,5, Cyclopentanon, Cyclobutanon
und Acetophenon. Andere brauchbare Telogene sind Glycidol, l,2-Epoxybutanöl-4und l,2-Epoxypentanol-5
Die Epoxyalkohole werden als monomere Telogene betrachtet, das sie in manche der anfänglichen Kettensequenzen
eingebaut werden können, um eine Stelle der Kettenübertragung und eine telomerisierte Gruppe
zu ergeben. Ebenso können zwei Hydroxylgruppen tragende Polymere aus konjugierten Dienen verwendet
werden. Um diese Polymeren herzustellen, setzt man ein organisches Dihalogenid mit einem Alkalimetall
um, um einen Initiator zu bilden, wie M-^R—M,
wobei M das Alkalimetall darstellt und R Butan, Pentan, Butan oder Isobuten mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen
ist. Der Initiator wird dann mit einem konjugierten Dien mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen, beispielsweise
Butadien, umgesetzt, um ein Polymeres der Formel M -(BDN)3; — R — (BDN)2, — M zu bilden,
wobei je und y solche Zahlen darstellen, daß das erhaltene
Polymerisat ein wie oben angegebenes Durch,-schnitts-Molekulargewicht
besitzt. Danach wird dasT Polymerisat in einem Lösungsmittel mit Sauerstoff behandelt,
um die Verbindung
umzuwandeln. Falls erwünscht, können diese ungesättigten Polymerisate hydriert werden, um alle oder
im wesentlichen alle aliphatischen Dippelbindungen zu entfernen.
Man kann auch, noch andere Telogene verwenden, wie Polyvinylalkohol oder teilweise oder im wesentlichen
vollständig hydrolysiertes Polyvinylacetat, Vinylacetat-Butadie$-Copolymere,
Vinylacetat-Styrol-Copolymere, Vinylacetat-Acrylnitril- oder Methacrylnitril-Copolymere,
Vinylacetat-Vinylchlorid-Copolymere, Vinylacetat-Vinylidenchlorid-Copolymere ebenso
wie Copolymerisate von Vinylacetat und Monomeren, wie Dichlorstyrol, Vinyläthyläther, Äthylen, Propylen,
Isobutylen und Isopren.
Beispiele von verwendbaren Mercaptanen oder Thiolen sind i-Pentanthiol, 2-Methyl-l-butanthiol,
3-Methyl-l-butan-thiol, Thiophenol, o-, m-, und
p-Thiokresol, 1,2-Äthandithiol, Äthanthiol, Furfurylmercaptan,
1-Hexanthiol, Thio-1-naphthol, 2-Propanthiol,
Dithioresorcin, Thioglycerin, Propantrithiol, 1,4-Benzoldithiol, Monothiohydrochinon, Thiodiglykol
und Thiomonoglykol; ebenso können Polymerisate verwendet werden; die im allgemeinen Polysulfid-Polymerisate,
darstellen, die vorzugsweise überwiegend linear und flüssig sind, endständige -SH-Gruppen und
eine Vielzahl intralinearer Polysulfid-Verknüpfungen aufweisen, die die wiederkehrenden Alkylen- oder
Oxyalkylen-Einheiten miteinander verknüpfen; einzelne davon können im gewissen Ausmaß verzweigt
oder vernetzt sein. Bestimmte dieser Stoffe besitzen die allgemeine Formel
HS—(C2H4-O—CH2-O—C8H4-S —
C2H4-O-CH2-O-C2H4-SH
zu ergeben, die man mit Schwefelsäure oder Salzsäure behandelt, um die MO-Gruppen in Hydroxyl-Gruppen
Diese Polymeren kann man ebenso wie andere PoIythiole oder Thioglykole mit geringen molaren Mengen
organischer Polyisocyanate, wie Tolylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Triphenylmethan - 4,4',4"-triisocyanat
umsetzen, um endständige Sulfhydrylgruppen tragende Polythiourethane zu bilden, die
ebenso eingesetzt werden können. An Stelle der Polyisocyanate können die entsprechenden organischen
Polyisothiocyanate, wie Xylylen-c^a'-diisothiocyanat
für derartige Zwecke verwendet werden. Man kann Mischungen der verschiedenen Telogene anwenden.
Bevorzugte Verbindungen zur Herstellung von Polyäthern hoher Funktionalität sind die aliphatischen
Polyole, die 2 bis 6 Hydroxylgruppen und durch schnittliche Molekulargewichte bis zu 4000 besitzen, wie
Äthylenglykol, 1,5-Pentandiol, Diäthylenglykol, Trimethylolpropan,
1,2,6-Heantriol, Pentaerythrit, das Propylenoxyd-Addukt von Glycerin (mit einem Molekulargewicht
von etwa 260), Hexose, Polyalkylenätherglykole, Triole, Tetrole, Pentole und Hexole sowie Mischungen
davon.
Die Menge an Monomeren, die in bezug a uf das Telogen eingesetzt werden soll, hängt von dem Ie tztlich
angestrebten Zweck ab. Jedoch wird im allgemeinen das Molverhältnis von Epoxyd oder Monomeren zur
Funktionalität des Telogens (Hy droxyl, Sulfhydryl, Keton, oder Aldehyd-Sauerstoff) von 3500:1 bis
1:100 reichen. Es kann gesagt werden, daß mindestens
1 Mol Monomeres je Mol Telogen und m inde-
7 8 a
stens ausreichend Monomeres eingesetzt werden soll, Fällen kann man die Telomerisierung in Reaktionsgeum
eine Vielzahl neuer Ätherbindungen zu schaffen. fäßen ausführen, die Luft enthalten oder gegen die
Es ist verständlich, daß, sofern ein Polyalkylenäther- Außenluft offen sind, sofern die Luft frei von Bestandalkohol
mit verhältnismäßig hohem Molekularge- teilen ist, die die Telomerisation (d. h. die Umwandwicht
(150 000) angestrebt wird, das Molverhältnis 5 lung oder das Molekulargewicht) behindern und insvon
Epoxyd- oder Oxetan-Monomeren, wie Äthylen- besondere frei von Wasser sind, wenn auch dieses Veroxyd,
zu einem niedermolekularen Telogen, wie Me- fahren gefährl&h sein kann, da verschiedene der Monothanol,
das nur eine Hydroxylf unktion besitzt, ziem- meren entflammbar sind und manche Telomerisationslich
hoch sein wird, beispielsweise 3400:1. Bei der reaktionen so schnell wie explosiv verlaufen. Sowohl
Herstellung eines Polymerisats mit dem Molekularge- io das Monomere als auch das Telogen soll in dem Löwicht
5000 aus Propylenoxyd und l,2,3-Tri-(2-hydroxy- sungsmittel löslich sein, das ein inertes oder nicht reakpropoxy)-propan
beträgt das Molverhältnis von Epo- tives Lösungsmittel darstellen soll. Beispiele brauchxyd
zu Telogen 70:1 und das Verhältnis von Mol barer Lösungsmittel sind Heptan, Octan, Cyclohexan,
Epoxyd zur Hydroxylfunktionalität des Telogens be- Toluol, Benzol, Trimethylpentan, n-Hexylchlorid,
trägt 23 :1. Wenn man andererseits von einem Teil- 15 n-Octylchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform,
weise oder vollständig hydrolysierten 50: 50-Vinyl- Trichlorethylen und Tetrahydrofuran sowie deren
acetat-Styrol-Mischpolymerisat ausgeht und dabei Mischungen.
wünscht, seine Kristallinität oder seine Filmbildungs- Da viele der Reaktionsteilnehmer flüchtig sind, soll
Eigenschaften zu verändern oder seinen Wärmefestig- die Telomerisation in einem verschlossenen Behälter
keitswert zu vermindern, dann kann es erforderlich 20 ausgeführt werden und kann unter Druck stattfinden,
sein, nur einen Teil der Hydroxylgruppen umzusetzen, Der Druck soll wenigstens ausreichend sein, um den
um die erwünschten Ergebnisse zu erzielen. flüssigen Zustand für die Dispersion des Katalysators
Im letzteren Fall wird es aus statistischen Gründen, und die Wärmeübertragung aufrechtzuerhalten, wenn
selbst wenn ausreichend Epoxyd verwendet würde, um es auch möglich ist, das Monomere in die Lösung
theoretisch mit allen Hydroxylgruppen zu reagieren, 25 einzuperlen. Die Telomerisation kann bei Temperatu-
wahrscheinlich sein, daß sich manche nicht umsetzen, ren von 0 bis 1500C ausgeführt werden, wenn es auch
während andere mehr als eine Ätherbindung haben. möglich ist, etwas weitere Temperaturbereiche anzu-
Es kann festgestellt werden, daß bei der hier in Be- wenden. Vorzugsweise verwendet man für die TeIo-
tracht gezogenen Art eines Polymerisationssystems merisation Temperaturen von 15 bis 8O0C. Bei man-
das Epoxyd oder Oxetan fortlaufend auf dem Telogen 30 chen Katalysatoren wird eine Induktionsperiode von
polymerisieren wird, solange dem System Monomers 1U bis 2 Stunden oder mehr festgestellt. Es ist äußerst
zugeführt wird und solange nicht irgendwelche darin wünschenswert unter Bewegung des (der) Monomeren,
enthaltenen Verunreinigungen die Polymerisation des Katalysators, des Telogens und Lösungsmittels zu
oder Telomerisation beenden und/oder solange der telomerisieren.
Katalysator nicht entaktiviert ist. Wenn es erwünscht 35 Der Katalysator wird im allgemeinen in der PoIy-
ist, nur 5 % der Hydroxylgruppen eines Polyvinyl- merisationslösung sehr gut dispergiert, wenn nicht
alkohole (vollständig hydrolysiertes Polyvinylacetat) sogar vollständig gelöst (molekular dispergiert). Dem-
mit einem Molekulargewicht von 30 000 zu verändern, nach entfernt das Zentrifugieren — auch nach Ver-
um durch Zusatz von Äthylenoxyd modifizierte dünnen mit einem nichtviskosen Lösungsmittel — üb-
Hitzefestigkeitseigenschaften zu erreichen, dann wird 40 licherweise keinen großen Anteil' des Katalysators,
das Verhältnis der Hydroxyl-Funktionalität des TeIo- Jedoch zeigten sich chemische Verfahren zur Entfer-
gens zu den Molen Epoxyd, wie Äthylenoxyd, 20 :1 be- nung der Hauptmengen des Katalysators brauchbar,
tragen. Es hat sich gezeigt, daß ein Ionenaustausch des PoIy-
Dieses Verfahren kann auch angewandt werden, um meren in Wasser-Methanol-Lösung die Leitfähigkeit
hochmolekulare Polymerisate, wie die obenerwähnten, 45 des Telomeren vielfach herabsetzt durch Vermindezu
modifizieren. Wenn man demnach eine Lösung rung des Gehalts an Katalysator oder Katalysatoreines
Hydroxylgruppen enthaltenden Hochpolymeren, rückstand. Auch Durchleiten durch ein Bett von aktidas
polymerisierbare, cyclische Oxyd als Monomeres viertem Aluminiumoxyd mit oder ohne Vorbehandlung
und den Katalysator zusammenbringt, wird sich das mit wäßrigem Ammoniak vermindert den Katalysatorcyclische
Oxyd an die Hydroxylgruppen anlagern. Die- 50 rückstand in derartigen Polymerisaten. Die Notwendigser
Vorgang wird üblicherweise als »Pfropfen« bezeich- keit der Katalysatorentfernung hängt vom Endvernet,
wenn er auf hochmolekulare Polymerisate ange- wendungszweck des Polymerisats ab.
wandt wird, er läßt jedoch erkennen, daß er die gleiche Die Stufe des Kettenwachstums dieser Reaktion ist Reaktionsfolge umfaßt, die hier als Telomerisation be- exotherm. Manche Monomere telomerisieren sehr schrieben ist, wenn sie auf kleine Moleküle angewandt 55 schnell in Gegenwart der Katalysatoren. Dies läßt sich wird. lenken durch die Konzentration des Katalysators,
wandt wird, er läßt jedoch erkennen, daß er die gleiche Die Stufe des Kettenwachstums dieser Reaktion ist Reaktionsfolge umfaßt, die hier als Telomerisation be- exotherm. Manche Monomere telomerisieren sehr schrieben ist, wenn sie auf kleine Moleküle angewandt 55 schnell in Gegenwart der Katalysatoren. Dies läßt sich wird. lenken durch die Konzentration des Katalysators,
Die Monomeren können mit dem Katalysator und durch die Anwendung eines Verdünnungsmittels und
dem Telogen in der Masse telomerisiert werden oder in durch eine geeignete Auswahl der Temperatur. Da die
einem Lösungsmittel, das die Handhabung unedle Wärmeübertragung während des Kettenwachstums
Wärmeübertragung erleichtern kann. Sie können wei- 60 und der Übertragung in Reaktionsgefäßen mittlerer
terhin unter inerten und/oder nicht oxydierten Bedin- und großer Ausdehnung für Einzelansätze kritisch
gungen telomerisiert werden, z. B. in einer Atmosphäre sein kann, können schleifenförmige Reaktionsgefäße
von Stickstoff, Argon, Neon, Helium, Krypton oder verwendet werden, um die Induktionsperiode durch
einer anderen inerten Atmosphäre. Andernfalls kann Temperaturumlauf in der Schleife zu vermindern, da
man das inerte Gas weglassen und das Monomere nur 65 das Produkt flüssig oder halbflüssig ist. Man kann auch
unter Druck aus irgendeinem verdampften Lösungs- kontinuierliche Telomerisationssysteme verwenden,
mittel, falls ein solches verwendet wird, verdampften bei denen das Telogen oder Monomere dem System
Monomeren oder Telogen telomerisieren. In manchen zugeführt und das Polymerisat abgezogen wird.
Eine Gelbildung während der Telomerisation mit ungesättigten Monomeren wird üblicherweise bei der
Verwendung der doppelten Metallcyanid-Katalysatoren nicht festgestellt, und dementsprechend sind im
Normalfall Gelverhinderer nicht erforderlich. Antioxydantien oder Antiabbaumittel, wie Phenyl-/? naphthylamin
oder andere Abbaumittel, werden in wünschenswerter Weise vor oder nach der Polymerisation zugefügt,
um einen möglichen Abbau zu vermeiden. Man kann Phenyl-/?-naphthylamin in einer Gewichtsmenge
verwenden, die etwa gleich der Menge des Katalysators während der Telomerisation ist. Manche Antiabbaumittel
können die Polymerisation verlangsamen und sollen nach der Telomerisation zugesetzt werden.
Beim erfindungsgemäßen Telomerisieren wird es bevorzugt, die Bestandteile dem Reaktionsgefäß in der
nachfolgenden Reihenfolge zuzuführen: Katalysator, Monomeres und Telogen. Für viele Zwecke können
jedoch alle drei Bestandteile auf einmal zugesetzt werden.
Einen anteilsweisen Zusatz von Monomeren und Telogen kann man anwenden, um die Molekulargewichts-Verteilung
des telomeren Produkte zu verändern. Wenn man das Monomere anteilsweise zusetzt, wird
die Verteilung des Molekulargewichts enger, offenbar als Ergebnis des Massenwirkungsgesetzes, d. h., sowie
die Konzentration des Monomeren geringer ist, wird die Kettenübertragung verhältnismäßig begünstigt.
Andererseits führt ein anteilsweiser Zusatz des TeIogens im wesentlichen aus dem gleichen Grunde wie
oben zu einer breiteren Molekulargewichts-Verteilung, d. h., die Konzentration des Kettenübertragungsmittels
ist anfänglich niedriger, und auf diese Weise wird die
Stufe des Kettenwachstums begünstigt.
Das Lösungsmittel kann getrennt oder in Mischung mit einem oder mehreren der Bestandteile zugesetzt
werden. Vorzugsweise wird es zuerst dem Reaktionsgefäß zugefügt, oder es befindet sich etwas Lösungsmittel
im Reaktionsgefäß,· eher die Zugabe der anderen Bestandteile erfolgt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Polymerisate und Copolymerisate (oder Telomere und Cotelomere)
besitzen Durchschnittsmolekulargewichte von mindestens 300, vorzugsweise von 300 bis 150 000 oder höher.
Sie reichen in ihren physikalischen Eigenschaften von leichten Ölen zu klebrigen, festen oder halbfesten Stoffen
oder sogar Feststoffen. Manche sind einphasige polymere Substanzen, andere können zwei Phasen enthalten,
die eine ein öl und die andere ein kristallines Polymeres oder ein hochmolekulares, unlösliches Polymeres.
Abhängig von dem verwendeten Telogen besitzen sie im Durchschnitt 1 bis 4 oder mehr Hydroxylgruppen
und eine Vielzahl von Ätherbindungen. Wenn man beispielsweise Aceton als Telogen verwendet,
besitzt das erhaltene Polymerisat die allgemeine Formel
CHo = C ·.
, O(RO)„H
\CHS
Eine Behandlung des Telomeren mittels Säurehydrolyse unter milden Bedingungen oder mit Ionenaustauscherharzen
führt zur Entfernung der Isopropenylgruppe und ergibt H — O (RO)7^H. Wenn das
Telomere ein Cotelomeres von Propylenoxyd und Allylglycidyläther ist, greift die Säurehydrolyse oder
die Behandlung mit einem Ionenaustauscher die AlIyI-Doppelbindungen
nicht an. Monoalkohole ergeben auch monofunktionelle Polymerisate; Diole, Polyole
und Telogene mit höherer Funktionalität führen zu Telomeren dergleichen Funktionalität wie das Telogen.
Das Polymere wächst im allgemeinen bei einem
ίο monofunktionellen Telogen an einem Ende und bei di-(oder
höher-)funktionellen Telogenen an beiden Enden. Man kann Block-Cotelomere durch alternierende Zugabe
verschiedener Monomerer herstellen, um die Steifigkeit zu erhöhen. Anwendung von etwas ungesättigten
Monomeren ermöglicht es, das erhaltene Cotelomere nach dem Strecken mit Diisocyanat oder
einem anderen Streckmittel in den Bereich eines brauchbaren Molekulargewichts zur Herstellung von
Gummis zu vulkanisieren.
Die erfindungsgemäß hergestellten Telomeren sind in vielfacher Weise nützlich. Sie sind brauchbar als
nichtionische, oberflächenaktive Mittel, als Gleitmittel für Metall-gegen-Metall-Oberflächen, als Textilschlichte-
oder Appreturmittel, als Kühlmittel für Maschinen mit Innenverbrennung und als hydraulische
Bremsenflüssigkeiten. Sie können auch zur Herstellung von Schutzüberzügen und Folien zur Verpackung verwendet
werden. Telomere mit durchschnittlichen Hydroxyl-Funktionalitäten von 2, 3 oder mehr Hydroxylgruppen
je Molekül kann man zur Herstellung flexibler und starrer Polyurethan-Schäume verwenden
(für Polster, Matratzen, Kühlschrank-Isolierung) durch Umsetzung in Polyisocyanaten in Gegenwart von tertiären
Aminen, Zinn- oder anderen Katalysatoren oder Silikonen. Derartige Telomere kann man auch
zur Herstellung von vermahlbaren (harzartigen) oder gießbaren Polyurethanen für Lager, Überzüge (Bekleidung),
Schichtstoffe (Wandtäfelungen) verwenden. Die flüssigen, erfindungsgemäß hergestellten Telomeren
aus Propylenoxyd oder Butenoxyd und einem niedermolekularen Diol oder Triol, die ein Durchschnitts-Molekulargewicht
bis zu 5000 besitzen, sind besonders nützlich zur Herstellung von Polyätherurethanen.
Wenn derartige vermahlbare Harze ungesättigte Bindüngen (Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen)
enthalten, können sie mittels üblicher Gummihärtungs-Verfahren in Abhängigkeit von dem Ausmaß an Ungesättigtheit
gehärtet werden, wie mittels der Verwendung von Härtungssystemen für Natur- oder Butyl-Gummi.
Die erfindungsgemäß hergestellten Telomeren können auch zur Herstellung von Polyurethanen durch
Umsetzung mit Phosgen und Diamin angewandt werden. Darüber hinaus kann man diese Telomeren mit
Mono- und Polycarbonsäuren umsetzen, um hochmolekulare Polyester herzustellen. Telomere, die aus
mit Epoxyd und Oxetän modifizierten Hochpolymeren hergestellt werden, wie jene aus hydrolysiertem Vinylacetat-Polymeren
zeigen Änderungen in der Plastizität und den Hitzefestigkeitswerten.
Diese erfindungsgemäß hergestellten Polymeren (Telomere und Cotelomere) ebenso wie ihre Umsetzungsprodukte
mit Isocyanaten kann man, falls erwünscht, mit den üblichen Gummi- und Kunststoff-Zusatzmitteln,
wie Härtern, Antiabbaumitteln, Füllstoffen,
Extendern, Ultraviolett-Absorbern, feuerbeständig machenden Materialien, Farben, Pigmenten,
Weichmachern, Gleitmitteln, anderen Gummis, Harzen oder Plasten kompoundieren oder vermischen.
11 12
Das Monomere es, ihn mit einem zusätzlichen komplexbildenden oder
koordinierenden Material umzusetzen, wie einem
Zu den organischen, cyclischen Oxyden, die telomeri- Alkohol, Äther, Ester, Sulfid, Keton, Aldehyd, Amid
siert oder polymerisiert werden sollen, gehört jegliches und/oder Nitril.
cyclische Oxyd (wie 1,2-Epoxyd, Oxetan, 3-subst.-Oxe- 5 Die erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren
tan oder 3,3-disubst.-Oxetan), das einen Sauerstoff- besitzen die nachfolgenden Konstitutionsformeln:
Kohlenstoff-Ring besitzt, in dem ein Sauerstoffatom an
2 oder 3 Kohlenstoffatome im Ring gebunden ist, der M0[M · (CN)6]C und/oder M0[M · [(CN)r(X)(]i]c.
sich öffnet und mit den gleichen oder anderen cyclischen Oxydmonomeren in Gegenwart des Katalysa- io M bedeutet ein Metallion, das eine Metall-Sauertors
telomerisiert und das insgesamt bis zu 18 Kohlen- stoff-Bindung bildet, die verhältnismäßig stabiler ist,
stoff atomen besitzt. Diese Monomeren können auch als die Koordinationsbindung zwischen dem Metall
1, 2 oder mehr, vorzugsweise nur eine aliphatische Koh- und dem Stickstoffatom der Cyan-(CN)-Gruppe.
lenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthalten. Die Andererseits ist M' ein Übergangsmetallion, das mehr
Alkenyl-, Äther- und Halogen- substituierten Derivate 15 als eine stabile Wertigkeitsform besitzt und eine verdieser
cyclischen Oxyde (ausgenommen Derivate, die hältnismäßig starke kovalente Bindung mit dem Kohmit
leicht ionisierbarem Halogen substituiert sind) kön- lenstoffatom der CN-Gruppe bildet. Ein. einzelner
nen gleicherweise angewandt werden. Diese cyclischen Katalysator kann mehr als eine Gattung des M oder
Oxyde sollen rein oder im wesentlichen rein sein, um die M'-Metallions in seiner Struktur besitzen. Die Anbesten
Ergebnisse zu erhalten. _ 20 Ordnung dieser Metalle mit dem Cyanidion, das Elek-
Beispiele brauchbarer cyclischer Oxyde sind Äthylen- tronen mit den beiden Metallionen teilt, existiert üb-
oxyd (1,2-epoxyäthan), 1,2-Propylenoxyd, 1,2-Buten- licherweise in nachstehender polymerer Form:
oxyd, (oder 1,2-Epoxybuten), 1,2-Dodecanmonoxyd,
Isobutylenmonoxyd, Styroloxyd, 1,2-Pentenoxyd, Iso- (— M' — CN ... M ... NC — M' — )n
pentenoxyd, 1,2-Diisobutylenoxyd, 1,2-Hexenoxyd, 25
1,2-Heptenoxyd, Allylglycidyläther, Isoheptenoxyd, wobei η eine Zahl bedeutet. Man kann in Abhängigkeit
1,2-Octenoxyd, 1,2-Nonenoxyd, 1,2-Decenoxyd, 1,2- von den Koordinationszahlen von M und M' 3-dimen-
Hendecenoxyd, Methylglycidyläther, Äthylglycidyl- sionale Polymere bilden. Im übrigen können alle jene
äther, Phenylglycidyläther, Butadienmonoxyd, Iso- Metallionen, welche aktive Cyanid-Katalysatoren er-
prenmonoxyd, Oxetan (C3H6O), ToIylglycidylather, 30 geben, mit 6 Gruppen koordinieren. Die meisten der
3,3-Dimethyloxetan, 3-n-Nonyloxetan, 3-Allyl-3-me- Hexacyanoferrate (III), einschließlich Zinkhexacyano-
thyloxetan, 3-Vinyl-3-methyloxetan, 1,2-Pentadecen- ferrat(III) besitzen als Grundstruktur ein kubisch-zen-
oxyd, 3,3-Diäthyloxetan, 3-Äthyl-3-butyloxetan, triertes Gitter.
3-Chlormethylenoxetan, S-Chlormethyl-S-methyloxe- Die Gruppe CN" im Katalysator ist die verbindende
tan und 3-Methyl-3-äthyloxetan. Es wird bevorzugt, 35 Gruppe und sie kann die Gesamtheit verbindender
von diesen Stoffen die niedermolekularen, cyclischen Gruppen im Katalysator darstellen. Jedoch können im
Oxyde zu verwenden, wie Äthylenoxyd, Propylenoxyd Katalysator andere verbindende Gruppen anwesend
und Butylenoxyd die 2 bis 12 Kohlenstoffatome ent- sein, solange der Katalysator wenigstens einen Haupthalten.
Man kann zur Telomerisation Mischungen von teil von CN~-Verbindungsgruppen enthält. Daher
2, 3, 4, 5 oder mehr der cyclischen Oxydmonomeren 40 sind r und t in der obigen Formel Zahlen, und r ist
verwenden. größer als t. Wenn nur die CN-Gruppe die ver-
Zur Anwendung bei der Herstellung von Gießlingen bindende Gruppe darstellt, ist t gleich Null. Andere
kann man ein oder mehr der obengenannten cyclischen Verbindungsgruppen X in der rechten obigen Formel,
Oxyde mit einem oder mehreren cyclischen Oxyden, die mit der Gruppe CN~ anwesend sein können, kön-
die 2, 3 oder mehr Ringe aus 2 bis 3 Kohlenstoffatomen 45 nen sein: F-, Cl-, Br-, J-, OH-, NO, O2-, CO, H2O,
und einem Sauerstoffatom besitzen, in Mengen bis zu Ν0~2, C2O4 2- oder ein anderer Säurerest, SO4 2-,
20 Molprozent der Gesamtmonomeren umsetzen,, um CNO" (Cyanat), CNS- (Thiocyanat), NCO" (Isocya-
Vernetzungsstellen im Polymerisat zu schaffen. Bei- nat) und NCS- (Isothiocyanate
spiele derartiger cyclischer Oxyde (d.h. Di-, Tri-, In den obigen Formeln ist M vorzugsweise ein Metall
etc. epoxyde und/oder oxetane) sind: Butadiendioxyd, 50 aus der Gruppe Zn(II), Fe(II), Fe(III), Co(II), Ni(II),
Limonendioxyd, Bis-(3-oxetan)-butan, Bis-(3-oxetan>
Mo(IV), Mo(VI), Al(III), V(IV), V(V), Sr(II), W(IV),
hexan, das Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin und W(VI), Mn(II) und Cr(III). Andererseits ist M' vor-
Phloroglucin, das Reaktionsprodukt von 3-Chloroxe- zugsweise ein Metall aus der Gruppe Fe(II), Fe(III),
tan und Pentaerythrit und Mischungen davon. Co(II), Co(III), Cr(II), Cr(III), Mn(II), Mn(III), V(IV)
55 und V(V). Ferner sind a, b und c Zahlen, deren Wert
Der Katalysator eme Funktion der Wertigkeiten und Koordinationszahlen von M und M' sind und die gesamte positive
Der Katalysator _ wird am zweckmäßigsten durch Netto-Ladung auf M mal α soll im wesentlichen gleich
Umsetzung eines Übergangsmetall-Cyanidkomplexes sein der gesamten negativen Netto-Ladung auf
mit einem Metallsalz in wäßrigen Medien hergestellt. 60 [M'(CN)&] oder: [M'[(CN)r(X)<]ft] mal ein den meisten
Die Entfernung einer wesentlichen Menge oder der Fällen entspricht b der Koordinationszahl von M' und
Gesamtheit des im Katalysator vorhandenen Wassers ist üblicherweise 6. ;
ist sehr wünschenswert, um die Aktivität des Kataly- Beispiele von Katalysatoren, die im Rahmen der
sators zu fördern, wenn es sich auch zeigen kann, daß obigen Beschreibung liegen und verwendet werden
die Entfernung des gesamten Wassers nicht ausführbar 65 können, sind: Zmkhexacyanoferrat(III),. Zinkhexar
ist und unzweckmäßig sein kann. Eine Möglichkeit zur cyanof errat(II), Nickel(II)-hexacyanof errat(II), Nik-
Entfernung des Hauptteils des Wassers und zu noch kel(II)-hexacyanoferrat(III), Zinkhexacyanoferrat(III)-
stärkerer Förderung der Aktivität des Katalysators ist hydrat, Cobalt(II)-hexacyanoferrat(II), , Nickel(II>
hexacyanoferrat(III)-hydrat, Eisen(II)-hexacyanoferrat(III), Cobalt(II)-hexacyanocobaltat(III), Zinkhexacyanocobaltat(II),
Zinkhexacyanomanganat(II), Zinkhexacyanochromat(III),Zinkjodopentacyanoferrat(III),
hexacyanochromatilll), Zinkjodopentacyanofer-
rat(III), Cobalt(II)-chloropentacyanoferrat(II), Cobalt-(Il)-bromopentacyanoferrat(II),
Eisen(II)-fluoropentacyanoferrat(III), Zinkchlorobromotetracyanoferrat-(III),
Eisen(III)-hexacyanoferrat(III), Aluminiumdichlorotetracyanoferrat(III),
Molybdän(IV)-bromopentacyanoferrat(III), Molbydän(VI)-chloropentacyanoferrat(II),
Vanadium(IV)-hexacyanochromat(II),
Vanadium(V)-hexacyanoferrat(III), Strontium(II)-hexacyanomanganat(III), Wolfram(IV)-hexacyanovanadat(IV),
AluminiumchloropentacyanovanadatCV), Wolfram(VI)-hexacyanoferrat(III), Mangan(II)-hexacyanoferrat(II)
und Chrom(III)-hexacyanoferrat(III). Man kann noch andere Cyanid-Komplexe verwenden,
Zn[Fe(CN)5NO],
Zn3[Fe(CN)5NO2L
Zn[Fe(CN)5CO],
Zn[Fe(CN)5H2O],
Fe[Fe(CN)5OH],
Cr[Fe(CN)5NCO],
CrCFe(CN)8NCS],,
Al[Co(CN)5CNO] und Ni3[Mn(CN)5CNS]2.
Allgemein stellt man die komplexen Katalysatoren dieser Erfindung her durch Umsetzung wäßriger Lösungen
von Salzen, die einen Niederschlag des Metallsalzes eines Übergangsmetall-Komplexaninos ergeben. Als
Beispiel:
MaZ + M"[M'(Y)6]C ->
Ma[M'(Y)b]o + M"Z
wobei M ein Metallion ist, das komplexe Anionensalze
ausfällt, z. B. Zn++. a, b und c sind in dieser
Gleichung Zahlen, jedoch nicht notwendigerweise auf beiden Seiten der Gleichung gleich, da ihre Werte wiederum
Funktionen der Wertigkeiten und Koordinalionszahlen von M, M' und M" und möglicherweise Y
und Z sind. Z ist ein Halogenid oder ein anderes Anion, beispielsweise Qh; M" ist ein Wasserstoff ion oder ein
Metallion, dessen komplexe Anionensalze in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel löslich sind, beispielsweise
K+ oder Ca++; M' ist ein komplexbildendes
Qbergangsmetallion, beispielsweise Fe+++ und Y ist
tm komplexbildendes Anion, ζ. B. CN~. Man kann
überschüssiges M«Z anwenden.
Wenig, wenn überhaupt, andere Verbindungsgruppen oder Liganden, die verwendet werden können,
Lim einen Teil der Cyangruppen (CN~) zu ersetzen,
werden üblicherweise in den Komplex durch die Verwendung des Salzes MaZ eingeführt. Sie werden vielnehr
dem Komplex durch Anwendung des Salzes •Ä"[M.'(Y)b]c, das den Liganden enthält, zugeführt
oder richtiger durch ein Salz mit der Formel
M"[M'[(CN)r(X)i]6]c
worin t eine von der Wertigkeit von M" abhängige Zahl ist und die anderen verwendeten Symbole der
obigen Erläuterung entsprechen. Beispielsweise verwendetmananStelle
von Kaliumf erricyanid K3Fe(CN)6:
K2[Fe(CN)5NO],
K3[Fe(CN)5NO2],
K2[Fe(CN)5CO],
K2[Fe(CN)5H2O],
K3[Fe(CN)5Cl],
K3[Fe(CN)4BrF],
K3[Co(CN)5J],
K3[Co(CN)5OH],
Na3[Co(CN)5CNO],
Na3[Co(CN)4(CNS)2],
Ca3[Fe(CN)5NCO]2,
K3[Mn(CN)5NCS]
usw.
Beispiele für die Darstellung derartiger Ausgangsmaterialien sind:
(I) K3Fe(CN)6 + Cl2 ->
K3Fe(CN)5Cl + CNCl
und
(II) K3Fe(CN)5Cl + H2O ^ K2Fe(CN)5H2O + KCl.
und
(II) K3Fe(CN)5Cl + H2O ^ K2Fe(CN)5H2O + KCl.
Sie können auch hergestellt werden durch Sieden einer Verbindung, wie K3Fe(CN)6 in wäßrigem Kaliumchlorid,
Oxalsäure oder einem anderen Salz. Man kann auch andere Verfahren anwenden, wie sie beispielsweise
in »Cyanogen Compounds«, Williams,
2. Auflage, 1948, Edward Arnold and Co., London,
S. 252 und an anderer Stelle beschrieben sind.
Die Salze sollen in wäßrigen Medien bei Raumtemperatur in erheblichen Konzentrationen und ferner
vorzugsweise an der Luft oder unter atmosphärischem Druck umgesetzt werden. Jedoch kann man Hitze
anwenden und den Katalysator unter im wesentlichen oder vollständig sauerstofffreien Bedingungen herstellen.
Die verwendeten Salze sind das Chlorid, Fluorid, Bromid, Jodid, Oxynitrat, Sulfat oder ein
carbonsaures Salz, wie das Acetat, Formiat, Propionat und Glykolat, das Salz eines Elements M der oben angegebenen
Gruppe oder andere M-Salze und Gemische davon. Bevorzugt sind die M-Halogenidsalze oder
Halogenidsalze bildende Materialien, da sie zu den Katalysatoren mit der besten Aktivität führen. Üblicherweise
setzt man einen Überschuß des M-Salzes mit einer Na-, K-, Li-, Ca- etc. M'-Cyanidverbindung
um; Gemische dieser Salze können verwendet werden.
Es hat sich gezeigt, daß, falls man den erhaltenen Niederschlag dann eben nur filtriert oder in anderer Weise, wie mittels Verwendung einer Zentrifuge, vom Wasser abtrennt und ohne weiteres Waschen trocknet, der ausgefällte Komplex nicht katalytisch wirkt, d. h., er ist nicht in der Lage, die organischen Oxyde in irgendeinem verwertbaren Ausmaß zu polymerisieren.
Es hat sich gezeigt, daß, falls man den erhaltenen Niederschlag dann eben nur filtriert oder in anderer Weise, wie mittels Verwendung einer Zentrifuge, vom Wasser abtrennt und ohne weiteres Waschen trocknet, der ausgefällte Komplex nicht katalytisch wirkt, d. h., er ist nicht in der Lage, die organischen Oxyde in irgendeinem verwertbaren Ausmaß zu polymerisieren.
Augenscheinlich werden Fremdionen in der Lösung, die zur Bildung des Niederschlags verwendet wird,
leicht in dem Komplex okkludiert. Anionen (Cl~ usw.)
... koordinieren sich an die positiv geladenen Metallionen
%o in dem Gitter und Kationen (K+) koordinieren sich
an die negativ geladenen Stickstoffatome der Cyanid-Verbindungsgruppen. Diese Ionen, insbesondere diese
Anionen, die sich an das Atom M koordinieren oder assoziieren, hemmen die katalytische Aktivität oder
hindern den Komplex daran, eine merkbare Polymerisation hervorzurufen. Darüber hinaus können
diese Ionen, beispielsweise das leicht ionisierbare Cl, die Polymerisatketten abbrechen.
Wenn man andererseits den Komplex ein oder mehrere Male mit Wasser wäscht oder behandelt, wird
ein gewisser Teil oder eine erhebliche Anzahl dieser okkludierten Ionen aus dem Niederschlag oder von der
Oberfläche des Kristallgitters entfernt und der Komplex wird zu einem aktiven Katalysator für die Polymerisation
der organischen, cyclischen Oxyde. Es ist wünschenswert, die Gesamtheit oder eine wesentliche
Menge dieser okkludierten Ionen zu entfernen, um die katalytische Aktivität des Komplexes so weit als möglich
zu fördern. Vom praktischen Standpunkt kann es jedoch im Hinblick auf die Stufen und die erforderlichen
Zeiten unmöglich werden, die Gesamtheit dieser Ionen zu entfernen. Darüber hinaus sind manche dieser
Ionen wahrscheinlich im Kristallgitter eingeschlossen und können nicht leicht entfernt werden. Ihre Anwesenheit
soll jedoch so weit als möglich vermindert werden. Nach der Waschung mit Wasser wird der
Komplex einen erheblichen Anteil an Wasser aufweisen, in Abhängigkeit von der Zahl der Waschungen und
dem Grad der Trocknung, die der Wasserwaschung folgt. Diese erhaltenen Katalysatoren haben dann die
nachstehenden Konstitutionsformeln
und/oder
Ma[M'(CN)6]e· (H8O)*
Me[M'[(CNMX)(]e]e ■ (H2O
Me[M'[(CNMX)(]e]e ■ (H2O
wobei d eine Zahl ist und M, M', CN, X, a, b, c, r
und t die oben angegebene Bedeutung besitzen. Wenn der Katalysator getrocknet oder für ausgedehnte Zeitspannen
mäßig erhitzt wird, kann d den Wert Null erreichen oder sicli diesem nähern.
Um darüber hinaus die beste Aktivität der Katalysatoren
zur Polymerisation zu erzielen, fügt man dem Katalysator-Niederschlag ein organisches Material
oder ein organisches Komplexbildungsmittel zu, vorzugsweise bevor er zentrifugiert oder nitriert wird,
mischt es mit dem Wasser während des Waschcns des Niederschlags, verwendet es allein als Waschmittel,
vorausgesetzt, daß es die okkludierten Ionen entfernt oder auflöst oder verwendet es zur Behandlung oder
Waschung des Niederschlags nach der Waschung mit Wasser, um wenigstens einen Teil des Wassers zu ersetzen.
Es wird ausreichend organisches Material eingesetzt, um diese Ergebnisse zu erhalten, um den Katalysator
zu aktivieren und/oder seine Aktivität zu erhöhen. Ein derartiges organisches Material soll ferner
in wünschenswerter Weise sich mit dem Element oder Ion M koordinieren und es ist erwünscht, das es aus
einem oder mehreren verhältnismäßig niedrigmolekularen organischen Materialien besteht. Das organische
Material soll vorzugsweise mit Wasser mischbar oder löslich oder im wesentlichen löslich sein, eine im
wesentlichen gerade Kette aufweisen oder frei von sperrigen Gruppen sein und bis zu 18 Kohlenstoffatomen
besitzen, noch mehr bevorzugt nur bis zu 10 Kohlenstoffatomen, und es soll bei Raumtemperatur
eine Flüssigkeit sein.
, Beispiele organischer Materialien zur Verwendung beim Behandeln der doppelten Metallcyanid-Katalysatoren
sind; Alkohole, Aldehyde und Ketone, wie Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol, Butanol,
Hexanol, Octanol und tert.-Butylalkohol, Formaldehyd,
Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butyraldehyd, Isotbuyraldehyd, Glyoxal, Benzaldehyd und Tolualdehyd;
und Aceton, Metähylthylketon, 3-Pentanon, 2-Pentanon und 2-Hexanon. Auch Äther, wie organische
cyclische Polyäther, sind brauchbar. Beispiele derartiger cyclischer Äther sind: m-Dioxan, p-Dioxan,
Trioxymethylen und Paraldehyd. Auch aliphatische gesättigte Monoäther und acyclische aliphatische
Polyäther sind als Behandlungsmittel brauchbar. Beispiele derartiger Äther sind: Äthyläther, 1-Äthoxypentan,
Bis-(/S-chloräthyl)-äther, Bis-(ß-äthoxyäthyl)-äther;
ButylSther, Äthylpropyläther, Bis-(j3-methoxyäthyl)-äther,
Äthylenglykoldimethyläther, Triäthylenglykoldimethyläther, Dimethoxymethan, Acetal, Methylpropyläther,
Diäthoxymethan und Octaäthylenglykoldimethyläther, von denen die acyclischen Polyäther
bevorzugt werden. Man kann noch andere organische Komplexbildungsmittel verwenden, wie die
Amide, Ester, Nitrile und Sulfide, für die die nachstehenden Verbindungen Beispiele sind: Formamid,
Acetamid, Prqpionamid, Butyramid und Valeramid; Amylformiat, Äthylf ormiat, n-Hexylf ormiat, n-Propylformiat,
Methylacetat, Äthylacetat, Methylpropionat und Triäthylenglykoldiacetat; Acetonitril, Propionitril
und Butyronitril; und Dimethylsulfid, Diäthylsulfid,
Dibutylsulfid, Dipropylsulfid und Diamylsulfid. Bevorzugt
sind Äther, die mehr als ein Sauerstoffatom besitzen, und die in bezug auf M eine Chelat-Bindung
ausbilden. Man kann Mischungen dieser organischen
Behandlungsmittel anwenden. Einen Überschuß dieser organischen Behandlungsmittel, die mit dem Katalysator
keine Komplexbindung eingehen, insbesondere die hochsiedenden Verbindungen, kann man durch Extraktion
mit Pentan und Hexan entfernen.
Nach der Behandlung mit dem obengenannten organischen Material besitzen die Katalysatoren die
nachfolgenden Konstitutionsformeln:
und/oder
Ma[M'(CN)6]c ■ (Η2Ο)ώ · (R)6
Me[M'[(CN)r(X)t]6]e
0 · (R)*
In diesen Formeln kann d eine Zahl ,eine gebrochene
Zahl oder Null sein und e ist eine Zahl, die eher einen gebrochenen Wert als eine ganze Zahl darstellt, da der
Katalysa or ein nichtstöchiometrischer Komplex ist, in dem schwankende Mengen von Wasser und R an die
verschiedenen Reste M gebunden sind, e ist Null, wenn der Komplex nicht mit R behandelt wird. R bedeutet
einen oder mehrere der organischen Komplexbildner,
wie Amide, Alkohole, Aldehyde, Ester, Äther, die oben angegeben sind. M, M', CN, X, a, b, c, r und t
besitzen die oben erläuterte Bedeutung. Im allgemeinen werden d und e Werte besitzen, die wenigstens teilweise
der Koordinationszahl von M entsprechen, jedoch können sowohl das Wasser als auch R im Kristallgitter
okkludiert sein. Im allgemeinen ist die Summe der Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefel- oder anderen
koordinierenden Atome von H2O und R (abhängig von dem organischen Komplexbildungsmittel) gleich
einem Wert von 0,1 bis zu maximal etwa 5,0 Grammatomen je Grammatom M. Anschließendes Trocknen
oder Erhitzen des Katalysators, um das gesamte Wasser und/oder R zu entfernen, führt zum Verlust oder einer
wesentlichen Verminderung der katalytischen Aktivität des Katalysators.
Wie bei den vorhergehenden Formeln gezeigt, wird, falls ein organisches komplexbildendes Material nicht
verwendet wird, R nicht vorhanden sein und daher kann e Null sein. Demnach ist die allgemeine Formelf ür
diese Katalysatoren Ma(K)c · (H3O)(J · (R)e, wobei
M, H2O, R, α, c, d und e die oben angegebene Bedeutung
besitzen, d und e auch Null sein können oder sich diesem Wert nähern, K der Gruppe M'(CN)& und
309 586/416
M'[(CN)r(X)i]& angehört und wobei M', CN, X, b, r
und t die oben angegebene Bedeutung besitzen. Bezüglich der Indices in den obigen Formeln umfassen
die Zahlenangaben ebenso ganze wie gebrochene Zahlen.
Es ist festzuhalten, daß, wenn man den Katalysator nur filtriert oder aus der Lösung, in der er hergestellt
wurde, zentrifugiert und mit einem der polymerisierbaren, cyclischen Oxydmonomeren wäscht, er wenig
oder gar keine katalytische Aktivität zur nachfolgenden Polymerisation dieser Monomeren zeigt. Wenn
man andererseits den Katalysator mit Wasser und Äther oder Äther oder einer anderen organischen komplexbildenden
Verbindung wie oben beschrieben und anschließend mit einem der polymerisierbaren, cyclischen
Oxydmonomeren wäscht, erhält man einen lagerfähigen Initiator zur Polymerisation.
Nach den Waschstufen kann der Niederschlag oder Katalysator als solcher verwendet werden. Es wird jedoch
bevorzugt, ihn zu trocknen, um den Überschuß des Behandlungsmittels und jegliches verbliebene,
leichtentfernbare Wasser zu entfernen und ihn in eine Form zu bringen, die leicht zu handhaben ist.
Eine derartige Trocknung wird einfach erreicht, indem man den Katalysator einem Vakuum unterwirft oder
ihm in Luft oder in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur bis zu 100° C erhitzt. Es wird mehr bevorzugt,
unter Vakuum (z. B. 0,5 bis 1 mm Hg) bei tiefer Temperatur, beispielsweise bei Raumtemperatur
(25° C) oder in einem Luft-, Stickstoff- oder Inertgasstrom bei 25° C oder wenigstens bei einer Temperatur
oberhalb 5° C zu trocknen. Ein wärmebehandelter Katalysator muß üblicherweise in höheren Konzentrationen
eingesetzt werden, als der vakuumbehandelte Katalysator. So wie die Temperatur während des
Trocknens ansteigt, läßt die Aktivität des Katalysators für die Polymerisation nach. Daher müssen hohe Temperaturen
vermieden werden. 2000C können als maximale Temperatur angesehen werden. Es wird angenommen,
daß während der Wärmebehandlung einzelne der sauerstoffhaltigen oder anderen organischen
Behandlungsverbindungen, die schwach an M koordiniert sind, verloren gehen können, um Leerstellen, im
Kristallgitter zurückzulassen und daß sich die Atome im Kristallgitter umlagern* um die Koordinations-Bedingungen
der Metalle zu befriedigen. Das Erhitzen kann auch CN- als (CN)2 entfernen und M' reduzieren.
Ferner kann sich das Molekulargewicht des Katalysators erhöhen und die Zahl der »exponierten« Metallionen
an der Oberfläche des Katalysators oder die aktiven Stellen können vermindert werden und auf diese
Weise die Aktivität des Katalysators zur Epoxyd- und
5 Oxetan-Polymersation herabsetzen. Es wird daher bevorzugt, daß die Trocknungsstufe so viel als möglich
M-Ionen im Gitter des Komplexes exponiert zurückläßt und das dersKatalysator sich in feinzerteilter oder
teilchenförmiger Form befindet, um die besten Ergebnisse bei der Polymerisation zu erhalten. Ferner sind
frisch zubereitete (gefällte, (gewaschene und getrocknete)
Katalysatoren vorteilhafter als Katalysatoren, die gealtert sind oder während ausgedehnter Zeitspannen
gelagert wurden, da sich die Katalysatoren beim Lagern langsam zersetzen. Bei tieferen Temperaturen
kann der Katalysator für längere Zeitspannen gelagert werden.
Es ist nicht genau bekannt, welcher Vorgang die doppelten Metallcyanid-Komplexe, insbesondere jene
mit den obengenannten organischen Komplexbildern (Äther usw.) behandelten derart brauchbar zur Polymerisation
organischer cyclischer Oxyde macht. Wenn auch die nachfolgende Beschreibung sich auf die Behandlung
der doppelten Metallcyanid-Katalysatoren
mit Äthern richtet, so ist festzustellen, daß dies auch allgemein für die Behandlung eines derartigen Katalysators
mit den anderen obenerwähnten organischen Behandlungsmitteln gilt Es wurde z. B. bezüglich
Zinkhexacyanoferratzwecks Erläuterung nachgewiesen, daß beim Waschen des Niederschlags mit Dioxan ein
wirksamerer Katalysator hergestellt wird. Es wird angenommen, daß während dieser BehandlungmitDioxan
eine Reihe von Umsetzungen eintritt:
1. manche von den Chloridionen im Gitter werden oxydiert, dies führt zur Reduktion von Fe(III) zu
Fe(II);
2. das Chlor aus der Reaktion (1) setzt sich mit dem während_der Waschbehandlung anwesenden _Was-
ser und Äther um, um Cl~ und chlorierten Äther zu ergeben;
3. die nachfolgenden Waschungen entfernen einige der Reaktionsprodukte (2) und
4. die Sauerstoffatome des Äthers bilden offenkundig Koordinationsbindungen an die Zinkionen
im Gitter und lagern die Gitterstruktur durch Einfügung von Dioxan-Gruppen zwischen die Zinkionen
in folgender Weise um:
ι CH2CH2 r
— Fe — CN ... Zn ... O — CH2CH2- O ... Zn ... NC — Fe —
So zeigten im Falle einiger Dioxan-Zinkhexacyanoferrat-Komplexedie
Elementaranalysen, daß offenbar nichtstöchiometrische Komplexe der Formel
Zn3[Fe(CN)6J2 · (C4H8O2MH2O)2,
60
vorlagen, in denen y = 1 bis 2 und χ = 2,5 bis·
3,1 sind. Zufolge der Ultrarot- und Elementaranalysen kann ein Teil des Dioxans im Komplex chloriert
sein und ein Teil des Wassers kann in der Form von — OH- oder — O- Gruppen vorliegen.
Bei der üblichen Herstellung enthalten diese Komplexe im allgemeinen etwa 4 bis 5% Cl~
und eine geringere Menge K+.
Wenn der Katalysator mit Zn(NO3)2 an Stelle von
ZnCl2 hergestellt wird,- wird annähernd 50 % der normalen
Dioxanmenge dem Katalysator einverleibt. Dieser Katalysator ist nicht so wirkungsvoll wie ein
aus dem Chlorid hergestellter.
Wenn man auch annehmen kann, daß ein großer Teil des Eisens in dem Komplex aus Äther (oder einem
anderen organischen komplexbildenden Bestandteil) und Zinkhexacyanoferrat als Ergebnis der Oxydätions-Reduktions-Reaktion,
die während der Herstellung eintritt, als Fe(II) vorliegt, ist der Dioxankomplex,
der aus ZnCl2 und K4Fe(CN) hergestellt wird,
nicht so aktiv, sogar bei Polymerisationstemperaturen von 8O0C. Die Analysen zeigen, daß derartigen Korn-
plexen eine geringere Menge Dioxan einverleibt ist und der Chlorgehalt hoch liegt.
Die verminderte katalytische Wirksamkeit bei der Verwendung von Zn(NO3)2 oder K4Fe(CN)6 zur Herstellung
des Katalysator-Komplexes steht offenbar in Beziehung zum Mechanismus der Äther-Hexacyanoferrat-Reaktion.
Dieser Mechanismus kann in folgender Weise betrachtet werden: sowie die Chloridionen
der Oberfiächen-Zinkionen im Kristallgitter Elektronen zur Zn ... NC — Fe-Gruppierung übertragen, können
Äthermoleküle die erhaltenen Chloratome verdrängen und Koordinationsbindungen Äther-Zink bilden; z. B.:
Zn3[Fe(CN)6J2(KCl)3, + YROR
-> Zn3Ky[Fe(CN)6J2(ROR)2,
j-Cl
(Anmerkung: es ist möglich, daß in der obigen Gleichung y nicht den gleichen Wert wie in den vorhergegangenen
Formeln besitzt.)
Die Triebkraft für diese Umsetzung ist die Entfernung von Cl2 durch Auflösung des Gases im Wasser
und Äther und die Reaktion des Cl2 mit dem Äther.
Diese Oxydations-Reduktions-Reaktion und die Verdrängung des Chlors durch Äther wird von einem
Wechsel im Kristallgitter begleitet. Zufolge den Elementar- und Ultrarotanalysen scheinen die meisten
Zinkionen im Gitter Koordinationsbindungen mit 1 bis 4 Sauerstoffatomen zu bilden. Sowohl die Sauerstoffatome
des Wassers als auch die des Äthers sind an dieser Koordination beteiligt. Röntgenanalysen und
Dichtemessungen scheinen diesen Wechsel im Gitter zu bestätigen. Demnach konkurrieren die Sauerstoffatome
des Äthers-mit den CN-Gruppen des Fe(CN)6-Anions,
um eine polymere Struktur mit mehr exponierten Zinkionen zu ergeben, wie es nachstehend gezeigt
wird:
■CN-
OCJHLO—
Zn
H-O-
/ OC4H8O
N
C
C
tan, Toluol, Benzol, Pentan, 2-Chlorbutan, Cyclohexan,
Cyclopenta^ Äthylenchlorid und Butan, um das Wasser vom Äther abzutrennen, so wie das
Destillat in einer Falle aufgefangen wird. Auf diese Weise wird jegliches verdrängbare Wasser entfernt, jedoch
bleibt üblicherweise unvermeidlich etwas Wasser im Kristallgitter eingeschlossen. Andere Methoden
zur Entfernung des Wassers können angewandt werden. Chloridionen können die Polymerisationsreaktion
ίο behindern. Man kann verschiedene Verfahren zur Verminderung
des ionisierbaren Chlors oder anderer ionisierbarer Anionen in den Katalysatoren anwenden.
Bei einem Verfahren beispielsweise wird der Katalysator mit einer Äther und Wasser enthaltenden Lösung
gewaschen und das lösliche Chloridsalz entfernt. Bei einem anderen Verfahren wird Zinkhexacyanoferrat
durch Umsetzung von Verbindungen, wie Ca3[Fe(CN)6J2, AlFe(CN)6, oder Li3Fe(CN)6 mit
ZnCl2 hergestellt. Dann entfernt man das entsprechende
Halogenid, das sich bildet und an den Kristallen des Zn3[Fe(CN)6J2 okkludiert durch den Äther während
des Waschvorgangs. Wenn die Herstellungen mit K3Fe(CN)6 erfolgen, bildet sich ätherunlösliches KCl.
Wenn nian jedoch das Zinkhexacyanoferrat nach dem zweiten obigen Verfahren herstellt, wird CaCl2, AlCl3
oder LiCl gebildet, das in Äther (dem organischen Behandlungsmittel)
löslich ist. Auch soweit Ionen, wie Cl" kovalent an den Komplex gebunden sind, beeinflussen
sie die Polymerisation der Epoxyde und Oxetane offenbar nicht nachteilig. Tatsächlich können
organische komplexbildende Materialien, wie die chlorierten Äther, die Wirksamkeit des Katalysators verbessern,
da die halogenierten Äther leichter durch die Epoxyde und Oxetane verdrängt werden können, um
die Polymerisation einzuleiten, als die nichthalogenierten Äther.
Wenn der Katalysator mit Polyäthylenglykoläthern behandelt wird, erhält man einen sehr aktiven Katalysator.
Diese bilden offenbar eine Chelat-Bindung an das Zinkion. Die Ausbildung eines Chelat-Komplexes
erhöht die treibende Kraft der Hexacyanoferrat-Äther-Reaktion und schafft ein sehr offenes Gitter, da eine
polymere Koordination durch das Sauerstoffatom verhindert wird. Die Koordination von Zn3[Fe(CN)6J2 mit
dem Dimethyläther von Diäthylenglykol wird nachstehend gezeigt:
Dieser Vorgang der »Öffnung« des Gitters wird durch die Anwesenheit von Wasser während der Ätherbehandlung
gefördert. Offenkundig löst das Wasser Fe(CN)6 Anionen-Abschnitte im Gitter, die an
K+-Ionen koordiniert sind und während der Hexacyanqf
errat-Äther-Reaktion wird mehr von dem Gitter dem Äther gegenüber ausgesetzt.
Ein Verfahren zur Entfernung des Wassers aus der Gitterstruktur ist es, das Wasser durch Äther zu verdrängen
und das erstere durch azeotrope Destillation zu entfernen. Die Destillation wird am besten unter
Vakuum bei Raumtemperatur oder in deren Nähe, d. h. bei 5 bis 40° C ausgeführt, um die Zersetzung des
Komplexes zu verhindern, die, wie oben erwähnt, bei erhöhten Temperaturen eintreten kann. In jedem Fall
sollen die Temperaturen nicht über 100 oder 200° C oder unterhalb 50C reichen, wie oben erwähnt. Man
kann bei dieser Destillation Hexan oder andere verhältnismäßig tiefsiedende, inerte und im wesentlichen
wasserunlösliche Lösungsmittel verwenden, wie Hep-
O —CH,
Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung der Dimethyl- bzw. Diäthyläther von Diäthylenglykol bei der
üblichen Katalysator-Herstellung die Wirksamkeit des Katalysators erhöht. . :
Darüber hinaus fördert der Zusatz einer erheblichen
Menge, wie 30 bis 70 Volumprozent der gesamten Flüssigkeit, an Äther (oder einem anderen organischen
Behandlungsmittel) zum frisch gefällten Hexacyanoferrat in Wasser im hohen Maße die Aktivität des
Katalysators. Gemäß der Elementaranalyse kann dieser Komplex einige (ZnCl)+-Ionen in seiner Struktur
enthalten.
Es scheint demnach, daß die besten Katalysatoren zur Oxyd-Polymerisation jene sind, die den höchsten
Anteil an Zn-O-Äther-Bindungen an Stelle von Zn — O — H2O-Bindungen und den geringsten Anteil
an ionisierbarem Chlor enthalten. Auch werden die aktiveren Katalysatoren hergestellt durch Anwendung
eines Überschußes von Zinkchlorid und Zugabe der K3Fe(CN)6-Lösung zu dem Chlorid.
Der Katalysator wird in einer geringen Gewichtsmenge angewandt, die eben ausreicht, um die Reaktion
zu katalysieren. Große Mengen sind üblicherweise unökonomisch und können mit der Zeit eine Umwandlung
oder nachfolgende Zersetzung des Polymeren oder Telomeren verursachen. In manchen Fällen kann die
Anwendung großer Mengen an Telogen zur Herabsetzung . des Molekulargewichts größere zusätzliche
Mengen an Katalysatoren erforderlich machen. Auch kann beispielsweise ein Telogen die Verwendung von
mehr Katalysator erfordern, als ein anderes. Im allgemeinen verwendet man eine Gesamtmenge von 0,001
bis 15 Gewichtsprozent Katalysator, bezogen auf das Gesamtgewicht des oder der polymerisierbaren oder
telomerisierbaren cyclischen Oxyd-Monomeren, die während der Telomerisation eingesetzt werden.
Es wird jedoch bevorzugt, 0,01 bis 1,00 Gewichtsprozent Katalysator? bezogen auf das Gesamtgewicht des
(der) Monomeren zu verwenden.
Man kann Mischungen dieser Katalysatoren anwenden.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter, ohne sie zu beschränken.
Zu einer mit Stickstoff gespülten Citratflasche fügt man den Katalysator zu — in einem Fall
Zn3[Fe(CN)6J2 · H2O · Dioxan und im anderen Fall
Zn3[Co(CN)6J2 · H2O · Aceton — danach Propylenoxyd
und dann Aceton als Telogen, spült mit Stickstoff und verschließt; die verschlossene Flasche wird
anschließend in einem Wasserbad mit konstanter Temperatur während einer vorbestimmten Zeitspanne
■ gedreht. Die Mengen der verwendeten Materialien, die Zeit der Telomerisation, die Bad- oder Telomerisationstemperatur
und die erhaltenen Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle A:
Tabelle A
Telomerisations-Bedingungen
Telomerisations-Bedingungen
Versuch Nr. |
Katalysator Formel1) |
Konzentration Gewichts prozent2) |
Aceton Gewichts prozent2) |
Temperatur 0C |
Zeit (Stunden) |
1-A B C D |
Zn3[Fe(CN)6J2 | 0,10 0,10 0,20 0,20 |
2 10 2 10 |
OO OO OO OO 0000 |
18 18 18 18 |
2-A B |
Zn3[Fe(CN)6], | 0,20 0,20 |
2 10 |
60 60 |
18 18 |
3-A B |
Zn3[Co(CN)6J2 | 0,03 0,03 |
2 10 |
80 80 |
. 24 24 |
4-A | Zns[Co(CN)6]2 | 0,01 | 0 | 70 | 24 |
*) Der Katalysator enthält auch H2O + Dioxan oder Aceton, wie oben angegeben.
2) Bezogen auf das Gewicht des Propylenoxyds.
Tabelle A (Fortsetzung)
Umwandlung | Ergebnisse | Hydroxylgehalt | Ungesättigtheit | Viskosität | |
Versuch | (%) | Aussehen3) | mm/g | mm/g | (cps) .·· |
Nr. | 84 | bei etwa 25° C | 0,31 | .0,11 | |
1-A | 80 | HO | 0,76 | 0,25 | |
B | 100 | LO | 0,35 | 0,11 | |
C | 100 | MO | 0,84 | 0,26 | |
D | 100 | LO | 0,58 | 0,013(4) | — |
2-A | 100 | HO | 1,14 | 0,022(4) | 1121 |
B | 71 | MO ·ίί | 0,39 | 0,14 | 2803 |
3-A | 76 | MO | 0,83 | 0,29 | 287 |
B | 17 | LO | |||
4-A | Feststoffe | ||||
3) L = leichtes, M = mittleres, H = schweres, O = Öl. 4) Nach der Behandlung mit einem Ionenaustauscherharz.
Herstellung des Katalysators für die obigen Versuche
1 A-D und 2 A-B:
Ca3[Fe(CN)6]2 + 3ZnCl2 -> Zn3[Fe(CN)e]2 + 3CaCl2 Zu in Wasser gelöstem ZnCl2 fügt man tropfenweise in Wasser gelöstes Ca3[Fe(CN)6J2 hinzu, zentrifugiert nach ausreichendem Mischen das Zinkferricyanid und
Ca3[Fe(CN)6]2 + 3ZnCl2 -> Zn3[Fe(CN)e]2 + 3CaCl2 Zu in Wasser gelöstem ZnCl2 fügt man tropfenweise in Wasser gelöstes Ca3[Fe(CN)6J2 hinzu, zentrifugiert nach ausreichendem Mischen das Zinkferricyanid und
verwirft die klare Flüssigkeit. Dann wird das Zinkferricyanid mit Dioxan gewaschen. Nach ausreichender
Bewegung wird die Lösung zentrifugiert und die klare Flüssigkeit verworfen. Die Stufen der Dioxan-Waschung,
des Zentrifugierens und Verwerfens der Flüssigkeit werden viermal wiederholt. Nach vier
Waschungen wird der Katalysator bei Raumtemperatur in einem Vakuum-Exsikkator getrocknet. Sobald der
Katalysator im Vakuum-Exsikkator trocken ist, wird er in einem Mörser mit dem Pistill verrieben und anschließend
in eine mit Stickstoff gespülte Flasche gebracht. Der Katalysator ist Zn3[Fe(CN)6J2 ■ H2O-Dioxan.
Eine Vakuumbehandlung eines Teils des Katalysators bei 10O0C zeigt, daß er 13 Gewichtsprozent
Flüssigkeit enthält, in der analytisch 20 bis 30% Wasser und 80 bis 70 % Dioxan nachgewiesen werden.
Herstellung des Katalysators für die obigen Versuche 3 A-B und 4 A:
Man löst 55,04 g Calciumcobalticyanid in 400 ml Wasser, fügt die Lösung tropfenweise zu 44,98 g
Zinkchlorid (10 % Überschuß), gelöst in 200 ml Wasser hinzu, zentrifugiert dann den Katalysator und verwirft
den Ablauf. Der Katalysator wird dann mit Aceton gewaschen, zentrifugiert und der Ablauf verworfen.
Die Maßnahmen des Waschens, Zentrifugierens und Verwerfens werden drei weitere Male wiederholt.
Dann wird der Katalysator bei Raumtemperatur zur Trocknung in den Vakuumofen gebracht. Das
getrocknete Material wird mittels Mörser und Pistill
pulverisiert. Das erhaltene Zinkcobalticyanid, Zn3[Co(CN)6J2 · H2O · Aceton ist ein weißes Pulver.
Ein Teil des in der gleichen Weise hergestellten Katalysators wird bei 100°C in ein Glasrohr gebracht; man
leitet trockenes Stickstoffgas (lampenrein) durch das Rohr und in ein U-Rohr in einem Trockeneisbad.
Es werden 12,8 Gewichtsprozent Flüssigkeit gesammelt, von der 75% ± 5% Aceton und 25% ± 5% Wasser
sind, wie mittels Gaschromatographie bestimmt wird.
Man polymerisiert Propylenoxyd mit Zn3[Fe(CN)6]2 ·
ao H2O · Dioxan-Katalysator unter Verwendung verschiedener
Telogene nach dem Verfahren des obigen Beispiels 1. Die Polymerisations-Bedingungen und die
erzielten Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle B:
Zn3[Fe(CNU Konzen- ■frfitirvn |
Teloriierisations-Bedirigungen | Gewichts | Tempe- T3 till* |
Zeit | Um wand |
Ergebnisse | |
Versuch Nr. |
Gewichts | Telogen | prozent1) | ld L Ui | lung | Aussehen des | |
prozent1) | Art | ... 0 C ■ | (Stunden) | %2) | Polymerisates3) | ||
0,20 | 4 | 80 | 20 | 40 | bei etwa 25° C | ||
20-A | 0,20 | Hexandion-2,5 | 20 | 80 | 20 | 10 | HO |
B | 0,16 | Hexandion-2,5 | 2 | 80 | 16 | 64 | MO |
21-A | 0,16 | Propionaldehyd | 10. | 80 | 16 | 16 | MO |
B | 0,16 | Propionaldehyd | 2 | 60 '. | 16 | 100 | LO |
22-A | 0,16 | Methyläthylketon | 10 | 60 | 16 | 98 | HO |
B | 0,16 | Methyläthylketon | 2 | 60 | 16 | 83 | HO |
23-A | 0,16 | Cyclopentanon | 10 | 60 | 16 | 51 | LG |
B " | 0,16 | Cyclopentanon | 0,2 | 60 | 16 | 100 | MO |
24-A | 0,16 | Methanol | 2,0 | 60 | 16 | 100 | HG |
B | 0,16 | Methanol | 10,0 | 60 | 24 | 60 | HO |
C | 0,16 | Methanol | 0,2 | 60 | 16 | 100 | LO |
25-A | 0,16 | tert.-Butanol | 2,0 | 60 | 16 | 100 | klebriger Feststoff |
B | 0,16 | tert.-Butanol | 10,0 | 60 | 24 | 77 | HG |
C | tert.-Butanol | HO | |||||
, Bezogen auf das Gewicht des Monomeren.
2) von Monomerem zu Polymerem.
3) H = schweres, M = mittleres, L = leichtes, O = Öl, G = Fett.
Der Katalysator für die obigen Versuche 20 A-B bis 25 A-C wurde nach dem folgenden Verfahren hergestellt:
Man löst 49,5 g K3Fe(CN)6 in 300 ml Wasser,
fügt 76 g AgNO3, gelöst in 100 ml Wasser der K3Fe(CN) 6-Lösung hinzu und filtriert nach ausreichendem
Rühren das Ag3Fe(CN)6 von der Lösung ab. Das
Ag3Fe(CN)6 (berechnetes Gewicht 80 g) wird mit
800 ml Wasser gewaschen und neuerlich filtriert. Nach zwei Waschungen mit 800 ml Wasser wird das
Ag3Fe(CN)6 zu 500 ml Wasser zugefügt; man setzt
27 g CaCl2, gelöst in 100 ml Wasser der Ag3Fe(CN)6-Aufschlämmung
hinzu. Nach ausreichendem Bewegen wird das AgCl aus der Lösung abfiltriert und verworfen.
Man bringt die Lösung (berechneter Gehalt 40,5 g Ca3[Fe(CN)6]2) in ein 1000-ml-Becherglas, fügt 33,4 g
ZnCl2, gelöst in 60 ml Wasser der Ca3[Fe(CN)6I2-Losung
hinzu und zentrifugiert nach ausreichendem Bewegen die Lösung und den Niederschlag. Die Lösung
wird verworfen und der Niederschlag mit Dioxan gewaschen. Nach dem Waschen mit Dioxan wird der
Niederschlag zentrifugiert und das Dioxan verworfen. Das Waschen, Zentrifugieren und Dekantieren (Abtrennen
des Dioxane) wird dreimal wiederholt. Dann trocknet man den Katalysator unter Vakuum bei
Raumtemperatur. Die Dichte des Katalysators beträgt 0,2507 g/cm3.
Das Verfahren dieses Beispiels ist ähnlich jenem der
vorhergegangenen Beispiele mit Ausnahme, daß der verwendete Katalysator die gleiche Katalysatorgattung
309 586/416
wie im obigen Beispiel 1 (Versuche 3 A-B und 4 A) ist, andere Telogene und in einzelnen Fällen andere Monomere
eingesetzt werden. Die Mengen der verwendeten
Monomeren, die Telomerisations-Bedingungen und die erzielten Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle
C:
Versuch Nr. |
Monorr Monomeres Molprozent1) |
lere Comonomeres Molprozent1) |
Kataly sator Gewichts prozent4) |
Telomerisation TTelogen Art |
Bedingung Mol prozent5) |
;n Tempe ratur (0C) |
Zeit (Stunden) |
30-A B |
Propylenoxyd 100 Propylenoxyd 100 |
— | 0,04 0,04 |
Aceton Aceton |
9,1 2,0 |
60 60 |
24 24 |
31-A | Propylenoxyd 100 | — | 0,05 | Aceton | 0,23 | 60 | 24 |
' 32-A | Propylenoxyd 97 | AGE(2) 3 | 0,048 | Aceton | 7,0 | 60 | 24 |
33-A B C D |
Propylenoxyd 100 Propylenoxyd 100 Propylenoxyd 100 Propylenoxyd 100 |
— | 0,16 0,08 0,04 0,04 |
TMPAEC) TMPAE TMPAE TMPAE |
5,0 2,5 1,2 0,6 |
σ ο ο ο OO OO OO OO |
24 24 24 24 |
34-A B |
Propylenoxyd 100 Propylenoxyd 100 |
— | 0,04 0,04 |
Glycidol Glycidol |
1,0 0,3 |
80 80 |
|
35-A B |
Propylenoxyd 100 Propylenoxyd 100 |
0,12 0,12 |
Glycidol Glycidol |
3 1 |
80 80 |
24 24 |
|
36-A B C |
1,2 BO(3) 100 1,2BO 100 1,2 BO 100 |
— | 0,04 0,04 0,04 |
Aceton Aceton Aceton |
9 3 1 |
ooo OO OO OO |
Tf Tf Tf CN (N CS |
x) Bezogen auf eine Gesamtmenge von 100 Molprozent des (der) Monomeren.
2) Allylglycidyläther.
3) 1,2-Epoxybutan.! :
4) Bezogen auf das Gesamtgewicht der zugeführten Monomeren.
5) Bezogen auf eine Gesamtmenge von 100 Molprozent des (der) Monomeren.
6) Trimethylolpropan-morioallyläther.
; Tabelle C (Fortsetzung)
Ergebnisse
Versuch Nr. |
Ausbeute .;. (%)7) |
Kinematische Viskosität |
OH-Zahl | Ungesättigtheit mm/g |
Säurezahl |
30-A B |
■; 75 ; loo |
1261 | 66,6 32,7 |
0,031 0,051 |
0,14(») 0,04 |
31-A | ■ : · ... | 0,68(8) | 10-12 | 0,01 | 0,l(10) |
32-A | =-'.. 97,5 | 329 | 54 | 0,63 | 0,06 |
33-A B C D |
C-. — | 234 557 9263 64,646 |
106 61,6 40,3 18,8 |
||
34-A B |
28 (klebrige Paste) , ,;■ 36 (klebriger Feststoff) |
||||
35-A B |
schweres Öl dicke Paste |
||||
36-A B C |
mittleres Öl schweres Öl sehr schweres Öl |
5) Monomeres zu Polymerem; ferner Aussehen des Polymeren bei 25°C.
6) Innere Viskosität in Benzol.
o) Schäume, die aus Mischungen hergestellt werden, die -50 und 75 % des Materials zusammen mit einem Propylenoxyd-Addukt des
Glycerins, das im wesentlichen 90 bis 95 % sekundäre Hydroxylreste enthält, eine Hydroxylzahl von 56 und ein Durchschnittsmolekulargewicht, von 2800 bis 3100 besitzt, enthalten, sind trocken und stabil, wenn auch schwächer als die Kontrollverbindung.
Die Erfahrung'zeigt, daß erhebliche Mengen an monofunktionellem Material in Polyurethan-Schaum-Rezepturen zum
Kettenabbruch und zum Zusammenfallen führen, während bedeutende Mengen an nicht funktionellem Material dem
Polyurethan-Schaum einen klebrigen Griff verleihen. Die Schäume werden nach dem Einschuß-Verfahren hergestellt.
10) Molekulargewicht (osmotisch): 37 bis 57· 103. , . ·
27
B e i s ρ i e '.
Das Verfahren dieses Beispiels entspricht jenem der vorhergehenden. Der verwendete Katalysator war in
entsprechender Weise hergestellt, wie der Katalysator gemäß dem obigen Beispiel 1, Versuche 3 A-B und
28
A; als Telogene werden Triole verwendet; die TeIo merisationen werden während 24 Stunden ausgeführt
und das Monomere ist Propylenoxyd. Die Polymerisations-Bedingungen und die erhaltenen Ergebnisse
sind in der nachstehenden Tabelle D zusammengestellt.
Kataly- | Telogen | Art | H | Konzen tration |
Tempe ratur |
Ausbeute | Molekulargewicht | Gefunden | Viskosität | |
Versuch Nr. |
sator- Konzen- tration |
(2) | (Gewichts | 9500(4) | ||||||
(Gewichts | (2) | prozent1) | (°Q | (7ο)1) | Berechnet | 4670(4) | ||||
prozent1) | TMP(3) | 0,67 | 60 | 37 | 15000 | 2400(*) | 1,37(6) | |||
40 | 0,033 | (2) | 2,7 | 60 | 55 | 5300 | 1310(6) | 0,82(6) | ||
41 | 0,067 | (2) | 10,7 | 60 | 72 | 2160 | 3900(6) | 0,17(8X8) | ||
42 | 0,39 | 10,7 | 50 | 90 | 1260 | 2330(5) | 579(7) | |||
43 | 0,53 | 5,4 | 50 | 100 | 5100 | 2796C) | ||||
44 | 0,13 | 10,7 | 50 | 100 | 2700 | 887(7) | ||||
45 | 0,26 | |||||||||
*) Bezogen auf das Gewicht des zugeführten Monomeren.
2) Tri-(propylenoxyd)-Addukt von Glycerin, Molekulargewicht etwa 260, im allgemeinen l,2,3-Tri-(2-hydroxypropoxy)-propan.
3) Trimethylolpropan.]
4) Endgruppen-Analyse unter Annahme der Triolbildung.
5) Mecrolab-Osmometer.
·) Innere Viskosität in Benzol.
7) Kinematische Viskosität in Centistokes bei 25° C.
8) Vernetzt beim Umsetzen mit Diisocyanat; 86,5% in Benzol unlöslich. Dies zeigt, daß das erhaltene Polyol eine Funktionalität
von mehr als zwei besitzt.
Versuch Nr.
Zn3[Co(CN)6].,
Katalysator hergestellt mit
Gewichtsprozent Katalysator, bezogen auf das Gewicht des Monomeren
Telogen
Art
Tempe | Molekulargewicht | (Dampf | |
ratur | des Produkts | druck | |
Osmo | |||
Konzen | (durch | meter) | |
tration | CQ | End | |
(g/100 g | gruppen- | ||
Monomeres | Analyse) | ||
Viskosität des Produkts (Cst. bei 25° C)
50-A B C
.51-A B C
52-A 53-A 54-A
55-A
Äthylenglykoldimethyläther
Äthylenglykoldimethyläther
Äthylenglykoldimethyläther
Aceton Aceton Aceton
Äthylenglykoldimethyläther
Äthylenglykoldimethyläther
Aceton
Äthylenglykoldimethyläther
0,0625 0,0875
0,125
0,033 0,066 0,13
0,13
0,07 0,5
0,07
Äthylenglykol
Pentandiol-1,5
Resorcin
Bisphenol A
Polytetrahydrofurani1)
1,0
1,-fr
3,0
1,3 2,7 5,3
5,9 12,1 100,0 33,0
50 | 4840 | 4170 |
50 | 3190 | 2940 |
50 | 1685 | 1580 |
60 60 60 |
5350 3730 2070 |
5920 3920 2100 |
50 | 1570 | — |
50 | 2010 | — |
25 | 1950 | — |
50 | 3120 | — |
3890 669
viskose Flüssigkeit
x) Molekulargewicht etwa 1000.
2) Teilhydrolysiertes Styrol-Vinylacetat-Copolymerisat, Hydroxyl-Funktionalität 5,4, bei 25° C spröder Feststoff, Molekulargewicht
1500.
B e i s ρ i e 1 5 65 ist eine Zn3[Co(CN)6J2-Verbindung, die unter Verwen-
?-1 dung von Aceton gemäß dem Verfahren des obigen
Das Verfahren dieses Beispiels entspricht jenem der Beispiels 1 hergestellt ist. Ein anderer Zn3[Co(CN)6J2-vorhergehenden.
Einer der verwendeten Katalysatoren Katalysator wird gemäß dem Verfahren des obigen
Beispiels 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß Äthylenglykoldimethyläther
an Stelle von Aceton verwendet wird. Das Monomere ist Propylenoxyd, es werden verschiedene multifunktionelle Telogene eingesetzt
und die Polymerisationsbedingungen und erhaltenen Ergebnisse zeigt die vorstehende Tabelle E.
Man stellt Polypropylenätherglykol-Telomere mit einigen verschiedenen Molekulargewichten nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren mit Pentandiol-1,5 als Telogen und Propylenoxyd als Monomerem her, wie
es im allgemeinen in den vorhergegangenen Beispielen beschrieben ist. In entsprechender Weise werden Triol-Telomere
nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt unter Verwendung eines Triporpylenoxyd-Addukts
von Glycerin als Telogen und Propylenoxyd als Monomerem. Diese Diole und Triole, wie sie in diesem
Beispiel verwendet werden, werden einer Abstreifung unterworfen, um verbliebenes Monomeres abzutrennen,
jedoch weder zur Entfernung des Katalysators noch der Endgruppen behandelt. Diese. Polymerisate
werden anschließend mit im Handel erhältlichen Polypropylenätherglykolen und Triolen (aus
KOH hergestellt) von Polyurethan-Einheit bezüglich ihrer prozentuellen Ungesättigtheit verglichen. Auch
die Monofunktionalität der Diole wurde verglichen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den nachstehenden
Tabellen F und G zusammengestellt:
Tabelle F
Polypropylenätherglykole
Polypropylenätherglykole
Molekulargewicht | Ungesättigtheit | Mono- f π -η "L·" Ι" ι/"\ti ο Ii tci t |
aus der Hydroxylzahl | ( % der Endgruppen) | 1 liilivLUJIldlJl-tlL (Molprozent) |
10251) | 0,46 | 0,92 ; .. |
200O1) | 3,84 | 7,68 |
3025x) 2) | 12,00 | 24,00 |
40251) 2) | 16,00 | 32,00 |
.. 16023) | 0,73 | 1,46 |
29403) | 1,35 | 2,70 |
35453) | 2,40 | 4,80 |
Tabelle G
Polypropylenäthertriole
Polypropylenäthertriole
Molekulargewicht aus der | Ungesättigtheit |
Hydroxylzahl | (% der Endpruppen) |
30304) | 3 |
30004) | 4 |
40404) | 9 |
40004) | 8 |
50004) | 12 |
39005) | 1,5 |
39005) | 1,2 |
Hydroxyl- und olefinische Endgruppen vorhanden sein könnten, und daß die Ungesättigtheit dort auftritt,
wo anderenfalls eine Hydroxylgruppe anwesend wäre. Demnach wird die Summe von Äquivalenten/
Mol Hydroxyl und olefinischer Ungesättigtheit für Diole als 2 angenommen. Die Angaben der Tabelle F
zeigen, daß die Hydroxyl-Funktionalität der verschiedenen Diole im Molekulargewichtsbereich von etwa
1000 ungefähr die gleiche ist, daß jedoch in den höheren Molekulargewichtsbereichen die Hydroxyl-Funktionalität
der erfindungsgemäß hergestellten Diole viel näher an der theoretischen Funktionalität liegt. Die
obige Tabelle G zeigt ähnliche Ergebnisse in bezug auf die Triole; wiederum besitzen nach dem erfmdungsgemäßen
Telomerisationsverfahren hergestellte Triole eine viel höhere Hydroxyl-Funktionalität (geringere
Ungesättigtheit), als die handelsüblichen Triole.
Unter Verwendung des Zn3[Co(CN)6]2-Katalysators,
der mit Äthylenglykol-dimethyläther behandelt ist, werden telomere Polyätherdiole und -triole nach
Verfahren hergestellt, die jenen der vorhergegangenen Beispiele entsprechen. Das Monomere ist Propylenoxyd
und das Telogen ist Pentandiol-1,5 zur Herstellung der Diole und das Tripropylenoxyd-Addukt von
Glycerin (s. oben) zur Herstellung der Triole. Diese Telomeren werden nur abgestreift, um das Monomere
abzutrennen (s. obiges Beispiel 6). Dann werden
die Telomeren mit 2,4-Tolylendiisocyanat bei 1200C
während 40 Stunden umgesetzt oder in der Kette verlängert unter Verwendung von 0,035 Gewichtsteilen
Zinn(II)-Octoat, um die Reaktion zur Bildung linearer Polyurethane zu beschleunigen. Entsprechende Kettenverlängerungen
werden mit den telomeren Triolen ausgeführt. Es wird für die Diole die maximale Härte und
für die Triole die minimale Quellmenge festgestellt. Entsprechende
Versuche werden an handelsüblichen, polyurethanreinen Polypropylenätherglykolen und Triolen,
die unter Verwendung von KOH hergestellt sind, ausgeführt, und die erhaltenen Ergebnisse sind in
den nachstehenden Tabellen H und I zusammengestellt:
55
6o
a) Berechnet aus dem Prospekt des Lieferanten.
3) Polypropylenätherglykole, wie oben beschrieben erfindungsgemäß
hergestellt.
4) Handelsübliche Polypropylenäthertriole.
5) Polypropylenäthertriole, wie oben beschrieben erfindungsgemäß
hergestellt.
Die Bestimmung der Monofunktionalität wurde unter der Voraussetzung vorgenommen, daß nur
Molekulargewicht des | Maximale Härte des |
Polypropylenätherglykols | erhaltenen Polyurethans3) |
1920l) | 182") ' |
19502) | 1324) |
290O1) | 104*) · |
29602) | 324) |
35001) | 754) |
33302) | 25 4) |
x) Polypropylenätherglykol-Telomeres wie oben beschrieben
hergestellt.
2) Im Handel erhältliches Polypropylenätherglykol, wie
oben beschrieben.
3) Williams-Plastizität.
4) Eine Reihe von Kettenverlängerungen mit Tolylendiisocyanat
wird an jeder Probe des Polyätherglykols ausgeführt. Bei einem Überschuß des Polyätherglykols oder
einem Überschuß des Tolylendiisocyanats werden geringere Härten festgestellt. Daher stellen die Polyurethane
ein ungefähr 1:1-molares Verhältnis von Polyätherglykol
zu Tolylendiisocyanat dar.
Molekulargewicht des
Polypropylenäther-
triols
29005)
28506)
40608)
37806)
28506)
40608)
37806)
Index des minimalen Quellens des erhaltenen Polyurethans (70 Stunden
bei 24° C in Toluol)
237 262 268 300
5) Polypropylenäthertriol-Telomeres, wie oben beschrieben
hergestellt.
6) Handelsübliches Polypropylenäthertriol wie oben beschrieben.
Die obigen Ergebnisse zeigen, daß man mit den erfindungsgemäß hergestellten Telomerdiolen viel höhermolekulare
lineare Polyurethane erhalten kann. Im Falle der erfindungsgemäß hergestellten Telomertriole
werden stärkere Polyurethane erhalten. In diesem Falle wird das Ausmaß des Quellens des erhaltenen
Polyurethans gemessen. Diese Messung gibt einen Anhalt für die Stärke des erhaltenen Netzwerkes, d.h.,
je niedriger der Wert, desto höher ist die Stärke, die mit der Funktionalität des Triole bei einem gegebenen
Molekulargewicht in Beziehung steht. Bei stärkerer
Vernetzung oder größerer Stärke hat das Toluol viel größere Schwierigkeit, in das Polymerisat einzudringen
und es zu quellen.
Die Umsetzung von Phosgen mit einer organischen Verbindung, die Hydroxylgruppen besitzt, führt zur
Bildung eines Chlorf ormiats. Die Chlorf ormiat-Gruppe kann mit einer Amino-Gruppe unter Bildung einer
Urethanbildung reagieren. Dementsprechend kann ein Dichlorformiat mit einem Diamin unter Bildung
eines Polyurethans reagieren. Gemäß den vorhergehenden Beispielen werden flüssige Telomeriole aus Propylenoxyd
und Pentandiol-1,5 als Telogen hergestellt und mit Phosgen umgesetzt, um die Dichlorformiate
der Telomerdiole zu bilden, die anschließend mit Diaminen unter Bildung von Polyurethan kettenverlängert
werden. In einem Fall wird der Dichlorf ormiat-Polyäther mit Piperazin umgesetzt und im anderen
Fall wird er mit dem Dichlorformiat von 1,4-Butandiol und Hexamethylendiamin (»HMDA«) vermischt, um
Polyurethane zu bilden. Entsprechende Versuche werden mit im Handel erhältlichen urethanreinen PoIypropylenätherglykolen
unter Anwendung der gleichen Bedingungen ausgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle J:
Polypropylen-
ätherglykol-
Molekulargewicht
Diamin zur Kettenverlängerung des Chlorformiats
von PoIypropyleriätherglykol
Zugefügtes
niedermolekulares
Polymeres Erhaltenes Polyurethan
Intrinsic-Viskosität
Intrinsic-Viskosität
(Lösungsmittel)
(Wert)
33050)
3470(2)
2000C1)
2000(2)
3470(2)
2000C1)
2000(2)
Piperazin Piperazin »HMDA« »HMDA«
(*) Erfindungsgemäßes Polypropylenätherglykol-Telomeres, wie oben beschrieben.
(2) Handelsübliches Material, wie oben beschrieben.
(3) Dichlorformiat von 1,4-Butandiol.
CH2C12 | 0,85 |
CH2Cl2 | 0,35 |
m-Cresol | 2,35 |
m-Cresol | 0,99 |
Die obigen Ergebnisse zeigen, daß Polyurethane, die mit den erfindungsgemäß erhaltenen Telomeren ·
hergestellt sind, viel höhere Viskositäten und dementsprechend höhere Molekulargewichte besitzen, als
Polyurethane, die mit im Handel erhältlichen PoIypropylenätherglykolen
hergestellt sind.
60
Es werden Polyurethanschäume hergestellt unter Verwendung flüssiger Triol-Telomer gemäß der Erfindung
ebenso wie im Handel erhältlicher Triole; bei dem Einschuß-Verfahren wird das Polyol aus einem
Zuführungsbehälter einem Mischkopf zugeführt, das Tolylendiisocyanat wird dem Mischkopf aus einem anderen
Behälter zugeführt und das Aktivatorgemisch wird wieder aus einem anderen Behälter dem Mischkopf
zugeleitet, wo alle Bestandteile schnell miteinander vermischt und sehr schnell in eine Form überführt
werden, wo das Gemisch schäumen gelassen wird. Das Aktivatorgemisch enthält im allgemeinen das Blähmittel,
Dispergiermittel und Katalysatoren, wenn sich auch eines oder mehrere dieser Materialien in dem
Polyol- oder Polyisocyanatstrom befinden können, soweit sie nicht mit dem Polyol oder Polyisocyanat vorzeitig
reagieren. Die bei der Herstellung der Polyurethanschäume verwendeten Materialien und die erhaltenen
Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen K und L zusammengestellt;.-
309 586/416
33
34
Materialien | 60 | 61 | Versuch Nr. 62 Gewichtsteile |
63 | 64 |
Triol | HXK1) 3,0 1,5 0,27 0,10 49,0 4,0 0,60 0,05 |
100(3) 3,0 1,5 0,27 0,10 49,0 4,0 0,60 0,05 |
100(9 3,0 1,5 0,27 0,10 49,0 4,0 0,60 0,05 |
100(4) 3,0 1,5 0,20 0,10 49,0 4,0 0,60 0,05 |
100(4) 3,0 1,5 0,10 0,05 49,0 4,0 0,60 0,15 |
CCl3F | |||||
Silikon(5) | |||||
Zinn(II)-octoat Bleinaphthenat 80/20 Gemisch von 2,4/2,6-Toly- lendiisocyanaten Wasser |
|||||
N-Methylmorpholin Tetramethylbutandiamin |
(') Polypropylenäthertriol mit einem Molekulargewicht von etwa 3000; Propylenoxyd-Addukt von Glycerin, handelsübliches
Material.
(2) Gleich wie (J) enthält jedoch etwa 0,024 Gewichtsprozent des Zn3[Co(CN)6]2-Katalysators, der wie in den vorhergegangenen
Beispielen beschrieben, mit Äthylenglykol-dimethyläther behandelt ist.
(3) Erfindungsgemäß hergestelltes Triol-Telomeres gemäß den vorhergehenden Beispielen aus Propylenoxyd und Tripropylenoxyd-Addukt
von Glycerin (s. oben) hergestellt, mit einem Molekulargewicht von etwa 3000, das 6% erfindungsgemäß hergestelltes
Diol-Telomeres enthält, das gemäß den vorhergehenden Beispielen aus Propylenoxyd und Pentandiol-1,5 hergestellt ist und ein
Molekulargewicht von etwa 2000 besitzt, um die Festigkeit zu erhöhen.
(4) Erfindungsgemäß hergestelltes Triol-Telomeres gemäß den vorhergehenden Beispielen aus Propylenoxyd und Tripropylen-Addukt
von Glycerin (s. oben) hergestellt, das ein Molekulargewicht von etwa 3000 besitzt.
(5) Ein Polysiloxan-polyoxyalkylen-Blockmischpolymerisat.
Tabelle L
Physikalische Eigenschaften der Polyurethan-Schäume
Physikalische Eigenschaften der Polyurethan-Schäume
60
61
Versuch Nr. 62
63
64
Dichte (PCF)
Zugfestigkeit (kg/cm2)
Zerreißfestigkeit (kg/cm)
Dehnung
Schopper (Bruch)
Gelenk-Belastungen (»Link Loads«) in kg (30,5 ■ 30,5 · 5,08 cm)
25%
65%
25% Rückkehr
% Erholung
Belastungsfaktor
Bleibende Verformung (80 %) DuPont-Statischer Ermüdungstest (Verlust an Belastung)
bei 25%
bei 65%
Rückprall (ASTM »Bouncing Betty«) 65 500 Cyclen (Verlust an Belastung)
bei 25%
bei 65%
1,31 0,97 0,393 190
45
10,89 20,41
8,16 75,0
1,87 15,5
27,1 15,6
28,8 13,6
1,28 0,89 0,286 110 42
11,79 22,68
8,85 73
1,92
34,0 38,0
35,2 25,3
1,32 1,04 0,34 160
45
45
10,89 20,87
7,71 71
1,92
29,2 21,7
30,0 22,8
1,33 0,87 0,233 140
44
12,48
23,13
9,07
74
1,89
6,8
27,3 19,6
29,6
22,2
1,44 0,79 0,197 110
42
12,25 24,04 9,07 74 1,96 4,8
29,6 28,3
30,8 24,8
Die obigen Ergebnisse zeigen, daß die nach dem 6b -rfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyol-Telomeren
zur Herstellung von Polyurethan-Schäu-•nen
geeignet sind, deren Eigenschaften jenen von Schäumen vergleichbar sind» die mit handelsüblichen
Jolyolen hergestellt sind. Versuch 62 zeigt, daß der Jyanid-Katalysator die Eigenschaften der handelsüblichen
Polyole nicht sichtbar beeinflußt. Die Polyol-Telomeren der Versuche 61, 63 und 64 wurden nach der
Herstellung abgestreift, um verbliebenes Monomeres abzutrennen, jedoch nicht in anderer Weise behandelt.
Das Verfahren der Telomerisation der Polymerisation entspricht den in den vorhergegangenen Beispielen
gezeigten Telomerisationsmethoden. Der verwendete Katalysator ist Zn3[Co(CN)6]2, wie oben ge-
zeigt, mit Athylenglykoldimethyläther hergestellt, während
das Monomere Propylenoxyd ist. In einem Fall wird Nonamethylendimercaptan als Telogen eingesetzt,
während im anderen Thiophenol das Telogen ist. Die Telomerisationsbedingungen und die erhaltenen
Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle M:
Versuch Nr. | Katalysator- Konzentration (Gewichtsprozent |
Telogen-Konzen- tration (Gewichts prozent, bezogen |
Reaktionsdauer | Reaktions temperatur |
Polymerisat- Ausbeute |
Hydroxyl- zahl |
bezogen auf | auf Mono | (% Um | ||||
Monomergewicht) | mergewicht) | (Stunden) | (0C) | wandlung) | ||
70 | 0,13 | 5,0C1) | 96 | 50 | 84 | 33,4 |
dann 3,5 | 80 | |||||
71 | 0,27 | lo.oc1) | 96 | 50 | 98 | 55,0 |
dann 3,5 | 80 | |||||
72 | 0,067 | 2,9(2) | 23 | 50 | 60 | 23,6 |
73 | 0,13 | 5,9(2) | 23 | 50 | 85 | 32,9 |
(') Nonamethylendimercaptan.
(2) Thiophenol.
(2) Thiophenol.
Die erhaltenen Polymerisate sind Flüssigkeiten. Diese Ergebnisse zeigen, daß man flüssige Polyäther
auch unter Verwendung von Mercaptanenals Telogenen erhalten kann.
Claims (3)
1. ein 1,2-Epoxid, Oxetan, 3-substituiertes Oxetan oder 3,3-disubstituiertes Oxetan mit
2. mindestens einem Telogen mit einem Molekulargewicht von mindestens 31, wobei dieses
Telogen mit dem Monomeren reaktionsfähig ist, wenigstens teilweise in dem Monomeren
löslich ist und der Gruppe organischer hydroxylhaltiger Verbindungen, organischer Sulfhydrylverbindungen,
Aldehyde und Ketone angehört, im Gemisch mit
3. einem Katalysator in einer Menge von 0,001 bis 15 Gewichtsprozent des Monomeren, der
aus einer doppelten Metallcyanid-Komplexverbindung der allgemeinen Formel
Ma(K)c · (H2O)0 · (R)6
besteht, worin K der Gruppe M'(CN)ö und
Μ'[(0Ν)Γ(Χ)φ angehört,
worin M mindestens ein Metall aus der Gruppe Zn(II), Fe(II), Fe(III), CO(II), Ni(II), Mo(IV), Mo(VI), Al(III), V(IV), V(V), Sr(II), W(IV), W(VI), Mn(II) und Cr(III) ist, M' mindestens ein MetalLaus der Gruppe Fe(II), Fe(III), Co(II), Co(III), Cr(II), Cr(III), Mn(II), Mn(III), V(IV) und V(V) ist und X mindestens ein Bestandteil aus der Gruppe F~, Cl~, Br,-J-, OH-, NO, O2-, CO, H2O, NO2-, C2O4 2-, So4 2-, CNO-, CNS-, NCO- und NCS- ist, worin R eine niedermolekulare, organische Verbindung mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen ist, die der Gruppe Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ester, Äther, Amide, Nitrile und Sulfide angehört, worin a, b und c Ziffern bedeuten, deren Werte Funktionen der Valenzen und Koordinationszahlen von M und M' sind, und die gesamte positive Netto-Ladung an M mal α gleich der gesamten negativen Netto-Ladung an K mal c ist,
worin M mindestens ein Metall aus der Gruppe Zn(II), Fe(II), Fe(III), CO(II), Ni(II), Mo(IV), Mo(VI), Al(III), V(IV), V(V), Sr(II), W(IV), W(VI), Mn(II) und Cr(III) ist, M' mindestens ein MetalLaus der Gruppe Fe(II), Fe(III), Co(II), Co(III), Cr(II), Cr(III), Mn(II), Mn(III), V(IV) und V(V) ist und X mindestens ein Bestandteil aus der Gruppe F~, Cl~, Br,-J-, OH-, NO, O2-, CO, H2O, NO2-, C2O4 2-, So4 2-, CNO-, CNS-, NCO- und NCS- ist, worin R eine niedermolekulare, organische Verbindung mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen ist, die der Gruppe Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ester, Äther, Amide, Nitrile und Sulfide angehört, worin a, b und c Ziffern bedeuten, deren Werte Funktionen der Valenzen und Koordinationszahlen von M und M' sind, und die gesamte positive Netto-Ladung an M mal α gleich der gesamten negativen Netto-Ladung an K mal c ist,
wobei r größer ist als t,
wobei r eine Zahl ist,
wobei / eine Zahl ist,
wobei d Null oder eine Zahl ist und
wobei e Null oder eine Zahl ist,
und wobei das Molverhältnis des Monomeren; zur Funktionalität des Telogens 3500: 1 bis
1:100 beträgt.
55 insbesondere von flüssigen Polyäthern mit verhältnismäßig
niedrigem Molekulargewicht, die eine Hydroxylfunktionalität von mehr als eins aufweisen, beispielsweise
von Polyalkylenätherglykolen oder -triolen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von Polyäthern, die mindestens eine endständige Hydroxylgruppe und ein Durchschnittsmolekulargewicht
von mindestens 300 aufweisen, durch Polymerisieren von mindestens einem polymerisierbaren
organischen cyclischen Oxydmonomeren mit insgesamt bis zu 18 Kohlenstoffatomen, der einen Ring
aus 2 bis 3 Kohlenstoffatomen und ein Sauerstoffatom aufweist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
bei einer Temperatur von O bis 1800C, gegebenenfalls
in Gegenwart eines Lösungsmittels für das Monomere, polymerisiert:
1. ein 1,2-Epoxid, Oxetan, 3-substituiertes Oxetan oder 3,3-disubstituiertes Oxetan mit
2. mindestens einem Telogen mit einem Molekulargewicht von mindestens 31, wobei dieses Telogen
mit dem Monomeren reaktionsfähig ist, wenigstens teilweise in dem Monomeren löslich ist und
der Gruppe organischer hydroxylhaltiger Verbindungen, organischer Sulfhydrylverbindungen,
Aldehyde und Ketone angehört, im Gemisch mit
3. einem Katalysator in einer Menge von 0,001 bis 15 Gewichtsprozent des Monomeren, der eine
doppelte Metallcyanid-Komplexverbindung der allgemeinen Formel
MO(K)C · (H2O)0 · (R)e
enthält, worin K der Gruppe M'(CN)& und M'[(CN)r(X)i]6 angehört,
worin M mindestens ein Metall aus der Gruppe Zn(II), Fe(II), Fe(III), CO(II), Ni(II), Mo(IV),
Mo(VI), Al(III), V(IV), V(V), Sr(II), W(IV), W(VI), Mn(II) und Cr(III) ist,
M' mindestens ein Metall aus der Gruppe Fe(II), Fe(III), Co(II), Co(III), Cr(II), Cr(III), Mn(II), Mn(III), V(IV) und V(V) ist und
X mindestens ein Bestandteil aus der Gruppe F~, Cl-, Br-, J-, OH-, NO, O2~, CO, H2O, NO2-, C2O4 2-, SO4 2-, CNO-, CNS-, NCO- und NCS~ ist,
M' mindestens ein Metall aus der Gruppe Fe(II), Fe(III), Co(II), Co(III), Cr(II), Cr(III), Mn(II), Mn(III), V(IV) und V(V) ist und
X mindestens ein Bestandteil aus der Gruppe F~, Cl-, Br-, J-, OH-, NO, O2~, CO, H2O, NO2-, C2O4 2-, SO4 2-, CNO-, CNS-, NCO- und NCS~ ist,
worin R eine niedermolekulare, organische Verbindung mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen ist,
die der Gruppe Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ester, Äther, Amide, Nitrile und Sulfide angehört,
worin a, b und c Ziffern bedeuten, deren Werte Funktionen der Valenzen und Koordinationszahlen
von M und M' sind, und die gesamte positive Netto-Ladung an M mal α gleich der gesamten
negativen Netto-Ladung an K mal c ist,
wobei r größer ist als /,
wobei r eine Zahl ist,
wobei t eine Zahl ist,
wobei d Null oder eine Zahl ist und
wobei e Null oder eine Zahl ist,
und wobei das Molverhältnis des Monomeren zur Funktionalität des Telogens 3500 :1 bis 1:100 beträgt.
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---|---|---|---|---|
EP0090445A2 (de) * | 1982-03-31 | 1983-10-05 | Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. | Verfahren zur Polymerisation von Epoxiden |
EP0090445A3 (en) * | 1982-03-31 | 1986-08-27 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Improved process for the polymerization of epoxides |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL6611403A (de) | 1967-02-13 |
DE1595759C3 (de) | 1974-09-26 |
DE1595759A1 (de) | 1970-03-12 |
GB1146660A (en) | 1969-03-26 |
JPS5220441B1 (de) | 1977-06-03 |
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