DE1720774A1 - Verfahren zur Herstellung von loeslichen Polybenz-1,3-oxazindionen-(2,4) - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von loeslichen Polybenz-1,3-oxazindionen-(2,4)Info
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Description
P 17 20 774.8 - 44 LEVERKUSEN-Btyewwk 12. Januar 197o
Verfahren zur Herstellung von löslichen Polybenz-1,3-oxazindionen-(2,4)
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von in organischen Lösungsmitteln gut löslichen Polybenzoxazindionen.
Bei der Oyclopolyaddition von Misocyanaten mit ο,ο'-Dihydroxyaryldicarbonsäureestern
in aprotonischen Lösungsmitteln erhält man in Gegenwart von basischen Katalysatoren nach dem
einstufigen Verfahren gemäß Belgisches Patent 691 900 thermisch hochbeständige Polybenz-1,3-oxazindione-(2,4), die in
verschiedenen Lösungsmitteln löslich sind* In einigen Fällen müssen jedoch Gemische von Diisocyanaten bzw. ο,ο'-Dihydroxyaryldicarbonsäureestern
eingesetzt werden, um eine für die Verformung zu Filmen und Fäden aus der Lösung genügend hohe
Löslichkeit zu erzielen. So ist das Polybenz-1,3-oxazindion-(2,4)
auf Basis von Diphenyläther-4,41-diisocyanat und 4,4'-Dihydroxydiphenyl-3»3'-dicarbonsäurediphenylester
löslich in Schwefelsäure und m-Kresol, nicht dagegen in Dimethylformamid,
Dimethylacetamid oder N-Methylpyrrolidon. Um eine für die
Verformung aus der Lösung genügend hohe Löslichkeit zu erreichen, müssen dem Diphenyläther-4,4'-diisocyanat z.B. 15 Mol~$
an 1,5-Naphthylendiisocyanat beigemischt werden. Dies führt
aber zu einer starken Verminderung der thermischen Stabilität des Polybenz-1,3-oxazindions-(2,4). Ähnliche Verhältnisse
liegen bei dem Polybenz-1,3-oxazindion-(2,4) auf Basis von
Diphenyläther-4,4'-diisocyanat und Hydrochinon-2,5-dicarbonsäurediphenylester
vor.
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Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von gut löslichen Polybenz-1,3-oxazindionen-(2,4) durch Umsetzung von Diisocyanaten
mit OjO'-Dihydroxyaryldicarbonsäureestern gefunden, wenn
man als Diisocyanate Gemische aus Diphenyläther-4,4'-diisocyanat
und 10 bis 90 Mol-# - bezogen auf die Gesamtmenge Diisocyanat - an Diphenyläther-2,4'-diisocyanat einsetzt.
Es entstehen Polybenz-1,3-oxazindione-(2,4), deren Löslichkeit
zur Verformung aus der Lösung genügend hoch ist, ohne daß ihre thermische Beständigkeit verringert wird.
Rachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die Löslichkeit
der Polybenz-1,3-oxazindione-(2,4) aus 4,4'-Dihydroxydiphenyl-3,3'-dicarbonsäurediphenylester
und Gemischen von Diphenyläther-4,4'- und -2,4'-diisocyanat.
4,4f-D. | 2,4'-D. | Löslicl H2SO4 |
ikeit, 5 i»\ m-Kresol |
g in DMAC |
N-Py | DMP |
100 90 80 70 |
O 10 20 30 |
ι | + | \ | • +III | |
0 | 100 |
S = Diphenylätherdiisocyanat
HtAC = Dimethylacetamid
H-Py = N-Methylpyrrolidon
JMF = Dimethylformamid
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Die Reaktionskomponenten sollen möglichst in stöchiometrischen Mengen verwendet werden. Es kann jedoch in manchen Fällen
günstig sein, die Diisocyanate bzw. Dihydroxydicarbonsäureester mit einem Überschuß von 0,1-1 Mol-$ zu verwenden.
Man führt die Reaktion zweckmäßigerweise in einem indifferenten
Lösungsmittel durch. Geeignet sind z.B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Tetramethylensulfon, Dirnethylsulfoxid, gegebenenfalls
in Verbindung mit anderen indifferenten Lösungsmitteln, wie aromatischen Kohlenwasserstoffen, z.B. Benzol
und Toluol, aliphatischen Chlorkohlenwasserstoffen, z.B. Methylenchlorid, Chloroform und Tetrachloräthan, aromatischen
Chlorkohlenwasserstoffen, z.B. Chlorbenzol, aliphatischen Äthern, z.B. Diäthyläther und Diisopropyläther oder cyclischen
Äthern, z.B. Dioxan und Tetrahydrofuran. Besonders geeignet als Lösungsmittel ist Dirnethylsulfoxid, da hierin die Reaktion
glatt und schnell verläuft.
Man führt die Reaktion bei einer Temperatur zwischen etwa 200C und 2000C, vorzugsweise jedoch zwischen etwa 800C und
1200C durch.
Die Reaktion kann durch tert. Amine katalysiert werden. Wirksam sind z.B. Triäthylamin, Tributylamin, Pyridin, Toluidin,
Chinolin, N-Methylmorpholin, N-Äthylmorpholin und Triethylendiamin.
Man setzt die Katalysatoren in Mengen von 0,01 - 1 fo,
bevorzugt jedoch in Mengen von 0,01 - 0,1 $, bezogen auf die
Reaktionskomponenten, zu.
Die Reaktionskomponenten und die Lösungsmittel müssen in großer Reinheit verwendet werden, besonders müssen sie möglichst
weitgehend von Wasser befreit sein, da sonst keine Produkte von ausreichendem Molekulargewicht erhalten werden.
Eine zweckmäßige Prüfung auf den Yrfassergehalt besteht darin, die Lösungsmittel mit Isocyanat bei Raumtemperatur im Vakuum
zu behandeln. Tritt Gasentwicklung ein, so ist das Lösungs-
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mittel für die Reaktion nicht genügend wasserfrei.
Um Verfärbungen zu vermeiden, kann man die Reaktion unter Inertgasen, z.B. Stickstoff, durchführen.
Durch Zugabe von o-Monohydroxyarylmonocarbonsäureestern, wie
Salicylsäurephenylester und o-Kresotinsäurephenylester, kann
das Molekulargewicht der Polybenzoxazindione geregelt werden.
Das Portschreiten der Reaktion kann unmittelbar an der Zunahme der Lösungsviskosität verfolgt werden. Ein weiteres geeignetes
Mittel, den Umsatz zu verfolgen, ist die infrarotspektroskopische Untersuchung. Die Polybenz-1,3—oxazindione-(2,4)
zeichnen sich durch Charakterisehe Banden im Infrarotgebiet
aus.
Die Aufarbeitung der Reaktionsmischung kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen; In vielen Fällen ist es zweckmäßig, die
Reaktionemischung direkt zu Pormkörpern, wie Folien oder Fäden,
zu verarbeiten. Man kann z.B. die Reaktionsmischung im Trokkengießverfahren zu Folien oder im Trockenspinnverfahren zu
Fäden verarbeiten. Will man die Polybenzoxazindione isolieren, gibt man ein Fällungsmittel zu der Reaktionslösung. Bei mit
Wasser mischbaren Lösungsmitteln kann man Wasser als Fällungsmittel verwenden. Bewährt hat sich die Fällung mit Methylenchlorid,
da hierbei feinpulvrige Produkte anfallen, die gut zu waschen und zu trocknen sind.
Eine zweckmäßige Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist die folgende:
Man löst das Gemisch der Diphenylätherdiisocyanate in Dime
thylsulf oxid, fügt den ο,ο'-Dihydroxyaryldicarbonsäureester
hinzu, erwärmt unter Rühren auf etwa 8O0C, gibt dann eine katalytieche
Menge des tert. Amins hinzu und erwärmt weiter auf
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10O0C. Das Polymere erreicht in der Regel nach spätestens
1 Stunde das Endmolekulargewicht. Man versetzt die Lösung des Polymeren unter Rühren mit Methylenchlorid, filtriert das
pulverförmige Produkt ab, wäscht es gründlich mit Methylenchlorid nach und trocknet es bei etwa 1000C unter vermindertem
Druck.
Die so hergestellten Polybenz-1,3~oxazindione-(2,4) sind
je nach der Zusammensetzung hochschmelzende oder auch nicht
schmelzbare Polymere, die sich durch eine hervorragende Beständigkeit bei hohen Temperaturen, auch in Gegenwart von
Luft, auszeichnen. Sie sind in den meisten Lösungsmitteln unlöslich
und nicht quellbar und beständig gegenüber sauren und basischen Agenzien. Sie können aus Lösungen in m-Kresol,
Dimethylformamid, Dirnethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, Dirne
thylsulf oxid oder deren Mischungen zu transparenten Formkörpern, wie Folien oder Fäden, verarbeitet werden. Sie zeigen
gute mechanische und elektrische Eigenschaften.
Man löst 20,18 Gew.-Teile Diphenyläther-4,4'-diisocyanat und 5,04 Gew.-Teile Diphenyläther-2,4r-diisocyanat in 250
Gew.-Teilen wasserfreiem Dirnethylsulfoxid, erhitzt die Lösung
auf 850C, fügt 42,64 Gew.-Teile 4,4I-Dihydroxydiphenyl-3,3P-dicarbonsäurediphenylester
und 0,08 Gew.-Teile Triäthylendiamin hinzu und erwärmt unter Rühren auf 1000C. Nach einer
Stunde hat die Lösung ihre max. Viskosität erreicht. Man läßt auf 350O abkühlen, fällt das gebildete Polybenzoxazindion mit
dem freifachen Volumen Methylenchlorid aus, filtriert es ab, wäscht es mit Methylenchlorid aus und trocknet es im Vakuum
bei 1000C.
Das Reaktionsprodukt ist löslich in Schwefelsäure, m-Kresol, Dimethylsulfoxid, Dimethylacetamid und N-Methylpyrrolidon,
wenig löslich in Dimethylformamid und unlöslich in z.B. ali-
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phatischen, aromatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffen, Lioxan, Tetrahydrofuran, Aceton und Äthylacetat. Das Produkt
hat eine relative Viskosität von 3f18, gemessen in Schwefelsäure
bei 250C und einer Konzentration von 1 g/100 ml Lösung.
Aus einer Lösung in Dimethylacetamid gegossene Filme sind farblos und transparent und nach einmonatiger Lagerung bei
2750C an der Luft noch elastisch.
Man löst 15,13 Gew.-Teile Diphenyläther-4,4'-diisocyanat
und 10,09 Gew.-Teile Diphenyläther-2,4'-diisocyanat in 250
Gew.-Teilen wasserfreiem Dirnethylsulfoxid, erhitzt die Lösung
auf 850C, fügt 42,64 Gew.-Teile 4,4'-Dihydroxydiphenyl-3,3·-
dicarbonsäurediphenylester und 0,08 Gew.-Teile Triäthylendiamin
hinzu und erwärmt unter Rühren auf 1000C. Nach 30 Minuten
hat die Lösung ihre max. Viskosität erreicht. Man verfährt dann weiter wie im Beispiel 1.
Das Reaktionsprodukt ist löslich in Schwefelsäure, m-Kresol,
Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Dimethylacetamid und N-Methylpyrrolidon, unlöslich dagegen in z.B. aliphatischen,
aromatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffen, Dioxan, Tetrahydrofuran, Aceton und ithylacetat. Das Produkt hat eine
relative Viskosität von 2,98, gemessen in Schwefelsäure bei 250C und einer Konzentration von 1 g/100 ml Lösung. Aus einer
Lösung in Dimethylformamid gegossene Filme sind farblos und transparent und nach dreimonatiger Lagerung bei 2500C an der
Luft noch elastisch.
Man löst 7,57 Gew.-Teile Diphenyläther-4,4'-diisocyanat
und 17,66 Gew.-Teile Diphenyläther-2,4'-diisocyanat in 250
Gew.-Teilen wasserfreiem Dimethylsulfoxid, erhitzt die Lösung
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auf 85°C, fügt 42,64 Gew.-Teile 4,4f-Dihydroxydiphenyl-3,3rdicarbonsäurediphenylester
und 0,08 Gew.-Teile Triäthylendiamin
hinzu und erwärmt unter Rühren auf 1020C. Nach 45 Minuten
hat die Lösung ihre maximale Viskosität erreicht. Man verfährt dann weiter wie im Beispiel 1.
Das Reaktionsprodukt ist löslich in Schwefelsäure, m-Kresol,
Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Dimethylacetamid und N-Methylpyrrolidon,
unlöslich dagegen in z.B. aliphatischen, aromatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffen, Dioxan,
Tetrahydrofuran, Aceton und Äthylacetat. Das Produkt hat eine rel. Viskosität von 1,54» gemessen in Dimethylformamid bei
250C und einer Konzentration von 1 g/100 ml lösung. Aus einer
Lösung in Dimethylformamid gegossene Filme sind farblos und transparent und nach dreimonatigerLagerung bei 275 C an der
Luft noch elastisch.
Man löst 5,04 Gew.-Teile Diphenyläther-4,4'-diisocyanat
und 20,18 Gew.-Teile Diphenyläther-2,4'-diisocyanat in 250 Gew.-Teilen wasserfreiem Dimethylsulfoxid, erhitzt die Lösung
auf 900C, fügt 35,03 Gew.-Teile 2,5-Dihydroxyterephthalsäurediphenylester
und 0,08 Gew.-Teile Triäthylendiamin hinzu und erwärmt unter Rühren auf 1040C. Nach 20 Minuten hat die Lösung
ihre maximale Viskosität erreicht. Man verfährt dann weiter wie im Beispiel 1.
Das Reaktionsprodukt ist löslich z.B. in konz. Schwefelsäure, Diraethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon, unlöslich dagegen
in den im Beispiel 1 genannten Lösungsmitteln. Das Produkt
hat eine relative Viskosität von 2,04, gemessen in Schwefelsäure bei 250C und eine Konzentration von 1 g/100 ml Lösung.
Es läßt sich aus einer Lösung in N-Methylpyrrolidon zu transparenten Folien vergießen.
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Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von gut löslichen Polybenz-
1,3-oxazindionen-(2,4) durch Umsetzung von o,o·-D!hydroxyaryldicarbonsäureestern
mit Diisocyanaten, dadurch gekennzeichnet, daß man als Diisocyanate Gemische aus Diphenyläther-4t4f-düsocyanat
und 10 bis 90 Mol-# - bezogen auf die Gesamtmenge Diisocyanat - an Diphenyläther-2,4'-diisocyanat
einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Temperaturen zwischen 80° und 12O0C durchgeführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem stark polaren Lösungsmittel durchgeführt
wird.
4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Dimethylsulfoxid durchgeführt wird.
5. Hochmolekulare Polybenz-1,3-oxazin-(2,4)-dione mit der
wiederkehrenden Struktureinheit
o-c
-R - H.
worin Ar einen von einer aromatischen o,of-Dihydroxydicarbonsäure
abgeleiteten tetravalenten Rest und R einen bivalenten Phenylenätherrest der Formeln
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Neue Umertaüon w. 7 % ιm*zu,, ,
Neue Umertaüon w. 7 % ιm*zu,, ,
oder
bedeutet, wobei die beiden Phenylenätherreste in dem PoIybenz-1
,3-oxazin-(2,4}-dion im molaren Verhältnis von 1 ι
bis 9 ί 1 vorliegen.
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- 9 -109829/1434
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DE2536491A1 (de) * | 1975-08-16 | 1977-02-24 | Bayer Ag | Sulfonierte polybenz-1,3-oxazindione-(2,4) |
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- 1969-01-08 BE BE726620D patent/BE726620A/xx unknown
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Legal Events
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OHW | Rejection |