DE1770564A1 - Polybenzoxazole - Google Patents
PolybenzoxazoleInfo
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Description
Mappe 7575 - Bro2Cc
Be s c h r e i b uη g
gur Patentanmeldung der
Firma SOOIEiPB MOFO-IB FRAUOAISB BIT FERODO, Paris/Frankreich
betreffend
"Polybenzoxazole"
Priorität: 5» Juni 1967 - Frankreich
Die Erfindung bezieht sich auf neue Kondensationsprodtikte
und auf ein "Verfahren sur Herstellimg äerselbejio Sie besieht
sich insbesondere auf vernetzte Polybenzoxazole und auf ihre Herstellung0. ·
Als "Polymer© j,- welche in ihren Hauptketten Benzoxaaolkerae
enthaltenf kennt man gegenwärtig nur die linearen Polybenz»
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. oxazoleo Diese Polymeren sind zwar umschmelZbar* hitaebeständig-und
in organischen Lösungsmitteln unlöslich, aber sie entsprechen "bei gewissen Anwendungen nicht den Anfor-"derungeno
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es* vernetzte Polybenzoxazole
und insbesondere aromatische Polybenzoxazole zur Verfügung zu stelle^ welche bessere Eigenschaften aufweisen
als die linearen Polybenzoxazole t und zwar insbe-.
sondere eine sehr gute Hitzebeständigkeit t besonders in
oxydierender Atmosphäre f eine vollständige Unlöslichkeit
in allen Lösungsmitteln und eine erhöhte Beständigkeit gegenüber dem Angriff von Chemikalien o
Bin weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ese Formgegenstände
und Überzüge aus vernetzten Polybenzoxazolen zur Verfügung zu stellen, die sich bei allen Anwendungen
bei erhöhter Temperatur eignen» insbesondere als elektrische
Isoliermittel und als Bindemittel für zusammengesetzt e
Gegenstände aller Art.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ea, ein
Verfahren zur Herstellung der vernetzten Polybenzoxazole sur Verfügung au. stellen, wobei von vernetzten Hydroxypoly-
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BAD ORlOINAL
■- 3 amiden -ausgegangen ^rird.
Die erfindiingsgemäßen vernetzten Polybenzoxazole enthalten
zweiwertige Radikale H, und dreiwertige Radikale Ep? wobei
es sieh mn. aliphatische oder aromatische» substituierte
oder unsubstitulerte Radikale handeln kann,, oder mehrere
aromatische Radikale„ die miteinander direkt oder mittels
Alkylradikalef Bioxyalkylradikale t Gyolanylidenradikale,
-S-, -SOp-·,.-O-„' ~C0°· verbunden■ sein können T wobei die
genannten zweiwertigen und dreiwertigen Radikale durch
verbunden sind;, worin R^ ein vierwert Ige s Radikal darstellt,
welches aus einem aromatischen substituierten cder unsubstituier tsn Radikal oder mehreren solchen Radikalen, die direkt oder
■sittöls Alkylradikale, DIosya3.kylradilEale f Oyclanyliden=·
radikal®» -S«-r "SQ9-^ -0-^ «CO- verbunden sein können, bestehen
kann, und wobei das Verhältnis von dreiwertigen Radikalen
au-zweiwertigen. Radikalen zwischen ΐ:20 und 1 s 1 s. vorsugsweise
atriseheii Is20 und 1:5f liegt»
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BADORtGiNAU
α α ·>
Das Verfahren zur Herstellung der vernetzten Polybenzoxazole
gemäß aer Erfindung wird dadurch ausgeführt s daß man mindestens
ein. vernetzten HydroxypQlyamid? welches aliphatisohe
und /oder aromatische Radikale R^ und B2 enthält« die durch
HO OH
Ol Mi
OH HO
verbunden sind? wobei R. 8 Rp ^21^ ^- ^@ oloen angegebene Bedeutung besitzen und wobei jede Gruppe OH direkt an ein Kohlenstoffatom
des Radikal R-* in ortho- oder peri-Stellung zu
einem Kohlenstoffatom gebunden ist» an welches auch die Amidgruppe
I Il
H 0
gebunden ist? allmählich auf eine Temperatur im Bereich von
220-4000C während einer für eine vollständige Cyclisierung
notwendigen Zeit, erhitzt 0
Die vernetzten Hydroxypolyamide können nach einem Verfahren erhalten
werdenj, aas genauer in der c.eutsehen Patentschrift
„.. ο«, a(Anmeldung vom gleichen Tage; Aktenzeichen der
französischen Anmeldung PV 109 040 voa? 5 ο Juni 1967) aage-
1 0 !J 8 U 8 / U 8
BAD ORIGINAL
geben ist« Dieses Verfahren besteht darin, daß man eine aromatische
Dihydroxydiaminverbindungg ejne Dicarbonsäureverbindung
und eine Tricarbonsäureverbindung miteinander umsetzt.
Diese Umsetzung kann durch Polykondensation in der Schmelze, sofern die Säureverbindungen Ester sind, oder durch Polykondensation
in LSBung oder durch Grenzflachenpolykondensation,
sofern die Säureverbindungen Halogenide sind, ausgeführt werden.
Diese Polyamide können auch nach einer Variante des oben angegebenen
Verfahrens hergestellt werden, welche darin besteht, daß man in einer ersten Stufe ein lineares Polyamid
mit niedrigem Molekulargewicht herstellt, wobei man von einem Dihydroxydiamin und von einer Dicarbonsäureverbindung
ausgeht, worauf man in einer zweiten Stufe dieses lineare Polyamid durch Zugabe eines TrieBters einer Tricarbonsäure vernetzte
-■-■-.
Die erhaltenen Polyamide sind feste Massen, unlöslich, können
pulverisiert werden, oder sie besitzen die Form von Formgegenständen, welche entweder ausgehend vom Pulver oder .
direkt während der Reaktion hergestellt werden können,.
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Als vernetzte Hydroxypolyamide kann man diejenigen verwenden,
die in der deutschen Patentschrift „·.„,,. (Patentanmeldung
vom gleichen Tage; französische Patentanmeldung PV 109 .040 vom 5. Juni 1967) angegeben sind«,
Vorzugsweise werden diejenigen Alkoxypolyamide verwendet,
die man erhält·, wenn man von den folgenden Monomeren ausgeht:
Als Diamine:
3,3'-Dihydroxybenzidin
2,4-Dihydroxy-3,5-diaminobenziol.
AIa Dicarbonsäureverbindungen:
Die Phenol- oder Naphtholdiester oder die Dichloride
der folgenden Säuren:
Isophthalsäure,
Terephthalsäure„
Sebacinsäure,
Adipinsäureβ
Als Tricarbonsäureverbindungen:
Die Triester oder Trichloride der folgenden Säuren: Trlmesinsäure,
Trimellitsäure.
Trimellitsäure.
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■ ■ . » 7 -
Die Dauer der CycliDienmgsreaktion hängt von der Temperatur
ab, Sie hängt weiterhin von der Art und Weise, wie diese.· Temperatur
erreicht wird,' von der Kaüur der Polyamide und der
gewünschten Qualität des Endprodukts ab0
Es ist darauf hinzuweisen, daß die besten Resultate bei einer
allmählichen stufenweisen Erhitzung während einer Zeitdauer zwischen 15 min und 2 st erhalten wurden, Wenn es beispielsweise erwünscht ist, eine vollständige Cyclisierung bei einer
Temperatur zwischen 350 und 4000C zu erzielen» dann ist es
vorteilhaft, in der folgenden Weise zu verfahren:
Das Polyamid wixü direkt auf eine Temperatur im Bereich von
i*t-v,-25O°C erhitzt, diese Temperatur wird annähernd 1 st eingehalten r die Temperatur wird dann auf einen Wert'im Bereich
von 280-32O0C erhöht, welche Temperatur ungefähr 1 st eingehalten
wird, schließlich wird die Temperatur auf einen Wert
im Bereich von 35O-4OO°C erhöht, welche Temperatur eine für
eine vollständige Cyclisierung des vernetzten Polyamids nötige Zeit eingehalten wird, welche Zeit im allgemeinen zwischen
15 min und 1 st liegt«,
Die Cyclisierungsreaktion kann unter normaler Atmosphäre ausgeführt
werden« ISs wird jedoch bevorzugt, unter Stickstoff
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BAD ORIGINAL
oder unter Vakuum zu arbeiten, um eine mögliche Oxydation
des Polyamids zu verhindern,, Die Keaktion wird vorzugsweise
dann ausgeführt, nachdem das Polyamid in einen Formgegenstand überführt worden ist, "beispielsweise in einer Form und ggf α
in Gegenwart eines FüllstoffS0
JSs ist natürlich auch möglich, sofern man selbst das Ausgangsprodukt
(nämlich das vernetzte Polyamid) herstellt, unmittelbar an die Herstellung desselben eine Umwandlung
in das vernetzte Polybenzoxazol folgen zu lassen« Diese
Herstellungsweise kann interessant sein, wenn die Herstellung des vernetzten Polyamids durch Polykondensation in der
Schmelze vorgenommen wird0 In diesem Falle kann man die Umwandlung des vernetzten Polyamids in ein vernetztes PoIybenzoxazol
anschließen* indem man fortfährt» das gebildet©
vernetzte Polyamid auf Temperaturen über 2200C entsprechend
dem oben beschriebenen Verfahren zu erhitzen0
Die erhaltenen vernetzten Polybenzoxazole sind ein gefärbtes Pulverο Ihr Infrarotspektrum beweist die Polybenzoxazolstruktur
aufgrund der Anwesenheit der für Benzoxazol charakteristischen Bande bei 1650 cm *
Die vernetzte Uatur des erhaltenen Polymers ergibt sich aus
der vollständigen Unlöslichkeit in allen Lösungsmitteln
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einschließlieh Schwefelsäure, während die linearen Polybenzoxazole
in Schwefelsäure löslich sind,,
Die vernetzten Polybenzoxazole sind unschmelzbar und ausserdem
sehr hitzebeständig,. Ihre Hitzebeständigkeit ist sogar
noch besser als diejenige der linearen Polybenzoxazole 9
wie es aus der beigefügten Zeichnung hervorgeht, welche weiter unten erörtert wird und welche Kurven des prozentualen
Gewichtsverlustes der vern tzten und der linearen Polybenzoxazole als Funktion der Temperatur darstellt»
Ihre Hitzebeständigkeit in oxydierender Atmosphäre und in feuchter Atmosphäre ist ebenfalls besser als diejenige der
linearen Polybenzoxazole»
Schließlich zeigen sie ebenfalls eine vorzügliche Widerstandsfähigkeit
gegenüber Chemikalien o
Obwohl die vernetzten Polybenzoxazole unschmelzbar und unlöslich
sind, ist es leicht, Formgegenstände aus vernetzten Polybenzoxazolen herzustellen, und zwar durch Behandlung von
aus vernetzten Polyamiden bestehenden Formgegenständeno
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Ss ist ebenfalls leicht. Überzüge aus vernetzten Polybenzoxazolen
herzustellen,, indem auf Substrate aller Art (Metalle,
Mineralprodukte, synthetische Gewebe USTf0) eine
Lage des vernetzten Polyamids aufgebracht wird, welches anschließend in ainen vernetzten Poiybenzoxazolüberzug überführt
wird ο
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Die Beispiele sind nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen ο
Die beigefügte Zeichnung zeigt in beispielhafter Weise eine
einzige grafische Darstellung, welche den prozentualen Gewichtsverlust
von vernetzten Polybenzoxasolen und linearen Polybenaoxazolen als Punktion der Temperatur zeigt«,
68 g vernetztas Hydrosypolyamid, welches durch Polykondensation
in der Schmelze von 44,97 g (Cf208 Mol) S^'-Dihydroxybensidin?
59*7 g (0,1875 Mol) Phenoldiester von Isophthalsäure
und 5,97 g (0,0136 Mol) Phenoltriester von Trimesinsäure
erhalten worden, ist, werden unter Stickstoff auf 250 G
erhitzt, worauf diese Temperatur 1 st eingehalten wird» Dann wird die Temperatur allmählich, bis auf 4000C erhöht, wobei
die Temperaturerliöhung bei 3000C 1 st lang eingestellt und
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nach 'Erreichen, der Temperatur iron 40O0C diese Y-2 st aufrecht
erhalten YiircL
Bas Pro&tiktf welches in theoretischer Ausbeute erhalten wirdt.
ist ein Pulver- weiches in allen'. Lösungsmitteln;, einschließlich
Schwefelsäure» unlöslich ist, was die vernetzte Struktur
des Polymers beweist« Die Infrarctabsorptiosisbande bei
1o50 cad""' beweist ρ" daß das erhaltene-Pclyrasr ein . Pölybenz-.
oxasol istο
Das Polyraer besitzt eine große V/ärmeljeständigkeitf wie aus der
beigefügtes. Zeichnung ersichtlich ist* wo die Gewichtsverlustkurren
in Prozent (?aP) der vernetzten Polybenzoxazole als
Funktion der Temperatur ( C) angegeben sind (T'hennogravie
an Luft 50C/min)» Die Kurven G und C, beziehen sich
:iuf einen Versuch üii IadTt o Die Kiarva G betrifft ein lineares
Produkt und die Kurve C, betrifft ein au 10?S vernetztes Produkt«, Dia Ifurv-en Cf und C" 1 beziehe:.! sich auf einen Versuch
unter Sauerstoff, Die Kurve C'J betrifft ein 3. ine are s Produkt
und die Kurve GM- betrifft ein zu 10?» vernetzt es Produkt»
20 g verrietztes Polyamidpulvert welches durch Polykondensation
in Lösung von 21,6 g (0,1 Mol) 3i3°-Dihydro3cybenaidini 16,5 S
(0,09 Mol) Adipinsäuredichlorid und 1,77 g (0?0067 Mol)
Trimesinsäuretrichlorid erhalten werden ists werden auf 220 C
erhitzte Diese Temperatur wird 1 st lang aufrecht erhalten,.
Dann wird die Temperatur während 1 st allmählich bis auf 35O0C
erhöhts welch® Temperatur ebenfalls 1 st eingehalten
Bei spiel, ^1
Unter einer Stickstoffatmosphäre werden 68 g Polyamidpulver,
welches durch Polykondensation von 44*97 g (0p208 Mol)
3,35-Dihydro23rbsnsidin,' 59*7 g (0,1875 Mol) Phenoldiester von
Terephthalsäure mid 5,,97 g (O»Q136 Mol) Phenoltriester von
Trimssinsäuire erhalten "worden ist» siacli eier Yo3.'schrift von
Beispiel 1 erhitzt o Das erhaltene Polymer ist ein in allen
Lösungsmittel!?, utilösliches
40 g vemetstes Polyamidpulvei4 r welches dia'ch Polykondensation
in der Schmelze von 28*0 g (0,13"MoI) 3f58-Dihydroxybenaidins
31g8 g (0s1 Mol) Phenoldiester von l8ophthpJL3äure und 11 „75 g
(0s02 Mol) Naphtholtriester von Triüiesinsflure erhalten worden
ist? werden nach der Vorschrift von Beispiel 1 erhitsto Das
erhaltene Polymer ist ein Pulver mit einem erhöhten Ver~
netaungsgrado 109848/1488
BAD ORI0INAL
.-■ 13-
Das Polyamidpulver, das durch Polykondensation in der Schmelze
von 37,8 g (0,175 Mol) ^^'-Dihydroxybenzidin, 31,8 g (0,1 Mol)
Phenoldiester von Isophthalsäure und 21,9 g (0,05 Mol) Phenoltriester
von Trimesinsäure erhalten worden ist, wird nach der Vorschrift von Beispiel .1 erhitzt, Das erhaltene Polymer
ist ein Pulver mit einem erhöhten Vernetzungsgrad.
15 g Tonerde und 7 g vernetztes Hydröxypoliamidpulver, welches
durch Polykondensation in der Schmelze von 4,49 g (0,020 Mol)
3,3'-Dihydroxybenzidin, 5,97 g (0,018 Mol) Phenoldiester von
Isophthalsäure und 0,59 g (0,0013 Mol) Phenoltriester von
Trimesinsäure erhalten worden ist 9 werden gemischt«
Das Gemisch wird auf 2200G erhitzt und dann in eine auf 22O0C
gehaltene Form eingebracht» Diese Temperatur wird /2 st eingehalten,
worauf 1 min lang ein Druck von 1000 kg/cm angelegt wird* Das Formstück wird aus der Form entnommen und in einen
auf 22G0C vorerhitzten Ofen eingebracht 0 Die Temperatur von
2200C wird 1 st eingehalten, worauf sie bis auf 3000C erhöht
wird, Nachdem die Temperatur von 5000G i st aufrecht erhalten
worden ist, wird der Formgegenstand bis auf 400°C erhitzt,
welche Temperatur 15 min eingehalten wird«, Das erhaltene Produkt
ist ein gefüllter, unlöslicher und unschmelzbarer Form-
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• BAD ORIGINAL
gegenstandj der aus einem.vernetzten Polybenaoxazol besteht.
,7,
'3Q g Bariumsulfat werden innig mit 7 g Polyamidpulver, welches
in Beispiel 6 angegeben ist, gemischt t worauf nach der Vorschrift;
von Beispiel 6 verfahren wird« Das erhaltene Produkt ist ein iOrmgegenstand, der aus einem vernetzten Polybena
oxazol besteht und mit Bariumsulfat gefüllt isto
50 g Tonerde werden sorgfältig mit 4,497 g (0,0208 Mol)
3<?3S-Dihydrosybenzidin, 5,97 g (0f01875 Hol) Phenoldiester
von Isophthalsäure, O?597 g (0,0013έ Mol) Phenoltriester von
Trimssinsäure gemischt, und das Gemisch wird auf 250 G erhitzte
Mach 30 min wird die Kassa in eine auf 25O°C erhitzte
Form gebracht und darm 5 min unter einem Druck von 1200 kg/cm
versetzt ο Die Temperatur von 25O0C wird 1 st aufrecht erhaltenP
dann wird auf 3000C erhitzt, welche Temperatur 2 st aufröcht
erhalten wird, und dann wird noch auf 400°C erhitzt, welche
Temperatur 15 rain aufrecht erhalten virdo Bas Polymer liegt
als Formgegenstand vor, welcher unlöelich und unschmelzbar ist.
44,97 g (0,208 Mol) 33!-DÜiydrox5'beiisidi3ä, 59,7 g (0,1875 Mol)
Päenoldieater τοη Isophthalsäure, 5*97 g (0,0136 Mol) Phenol-
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BAD ORIGINAL
triester von Trimesinsäure werden miteinander gemischt und
dann zwecks Polykondensation in der Schmelze auf 22O0C erhitzt,
Mach 30 min wird die geschmolzene Masse in eine auf 22Q0C
erhitzte Form eingebracht, worauf die Masse 2 min unter einer.
Druck von 500 kg/cm versetzt wird«, Die Temperatur von 220 C
wird 1 st aufrecht erhalten. Dann wird die Temperatur auf
2800C erhöht, welche 1 st eingehalten wird, und dann wird sie
noch auf 35O0C erhöht, welche V2 st eingehalten wirde Das erhaltene
Polymer liegt als Formgegenstand vor, welcher unlöslich
und unschmelzbar ist0
Beispiel 10 "
Im Vakuum wird ein vernetztes Polyamidpulver $ das durch Grenz-
-äenpolykondensation von 17,5 g (0,0605 Mol) 3f3'-Dihydroxybenzidinchlorhydratg
16,5g (0,09 Mol) Phthalsäuredichlorid und 1,1 g (0,00415 Mol) Trimesinsäuretrichlorid erhalten worden ist, wird bis auf 25O0C erhitzt« Diese Temperatur wird
1 st eingehalten= Dann wird die Temperatur allmählich auf 4000C
erhöht, welche Temperatur wiederum 1 st eingehalten wird■„
Das erhaltene Polymer ist unschmelzbar und unlöslicho -νίν
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Claims (1)
- Pa t e η t a η a ρ r ü c h eVernetzte Poly "benzoxazole, "dadurch gekenn zeichnet j daß sie zweiwertige Radikale R^ und dreiwertige Radikale Rp» wobei es sich um aliphatische oder aromatische, substituierte oder unsubstituierte Ra dikale handeln kann oder mehrere aromatische Radikale, die miteinander direkt oder mittels Alkylradikale,
Dioxyalkylradikale, Cyclanylidenradikale, -S-, -SOp-,
-0-, -CO-, verbunden sein können, enthalten, wobei die genannten zweiwertigen und dreiwertigen Radikale durch.0verbunden sind, worin R„ ein vierwertiges Radikal darstellt, welches aus einem aromatischen, substituierten oder unsubstituierten Radikal oder mehreren solchen Radikalen, die direkt oder mittels Alkylradikale, Dioxyalkylradikale, Cyclanylidenradikale, -S-, -SOg-» -0-, -CO-, verbunden sein können, bestehen kann.und wobei das Verhältnis von dreiwertigen Radikalen au zweiwertigen Radikalen10 rj 348/1488zwischen 1:20 und 1:1, vorzugsweise zwischen 1j20 und 1:5ο Vernetzte Polybenzoxazole nach Anspruch 1, dadurch g β k e η η ζ e 1 c h η et, daß sie die Form von Formgegenständen aufweisen.Verfahren zur Herstellung der vernetzten Polybenzoxazole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man mindestens ein vernetzten Hydroxypolyamid, welches aliphatisehe und/oder aromatische Radikale IL und R2 enthält, die durchHOv OHIl I I IlOHHOverbunden sind, wobei R1, R2 und R^ die oben angegebene Bedeutung besitzen und wobei 3ede Gruppe OH direkt an ein Kohlenstoffatom des Radikal R* in ortho- oder peri-Stellung zu einem Kohlenstoffatom gebunden ist, an welches auch die AmidgruppeI IiHO
gebunden ist, allmählich auf eine Temperatur im Bereich von1093V8/U8 822O-4OO°C während einer für eine vollständige Cyclisierung notwendigen Zeit erhitzt.Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß man das Polyamid allmählich mit mindestens einer Zwischenstufe von 15 min bis 2 st Bauer auf eine für die Cyclisation ausreichende Temperatur erhitzt.5« Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß man das Polyamid direkt auf eine Temperatur im Bereich von 220-2500C erhitzt, diese Temperatur eine Zeit zwischen 15 min und 2 st einhält, dann die Temperatur auf einen Bereich zwischen 280 und 3200C erhöht, diese Temperatur eine Zeit zwischen 15 min und 2 st einhält, worauf man die Temperatur auf einen Bereich zwischen 350 und 4000C erhöht und diese Temperatur zwischen 15 min und 2 st einhältο6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichne t , daß man daß vernetzte Hydroxypolyamid in Form eines Formgegenstandes cyclisierto7* Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß man die Cyclisierung in Gegenwart eines Füllstoffs vornimmte9 348/1488177056A8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7» d a d u r c h gekennzeichnet , daß man aas vernetzte Hydroxypolyamid in Form eines Pulvers verwendet»9a Verfahren nach einem der Ansprüche 3 "bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß man als vernetztes Hydroxypolyamid das Produkt der Polykondensation aus einem Dihydroxydiaminj, einer Dicartoonsäureverbindung und einer Tricarbonsäureverbindtmg verwendeteOo Verfahren nach Anspruch 9 f "" dadurch gekennzeichnet, daß man als vernetztes Hydroxypolyamid ein'Polykondensationspr'odukt aus den folgenden Stoffen verwendet: ■3r3'-ßihydroxybenaidin
2 F 4~Dihydroxy-3 % 4-»diaminobenzol .,·einen Diester oder ein Dihalogeaiä dsr folgenden Dicarbonsäuren:
Isopthalsäure
Terephthalsäure
Sebacinsäure Adipinsäure und .einen Triester oder ein Trichloria der folgenden Tricarbonsäurem
Si'imesinsäurePATENTANWÄLTE1 G r "J U 8 I 1 h 8 8 DR-ING.H.FINCKE.DIPL.-ING.H.BOHRDIPL-ING. S. STAEGERLeerseiteCOPY
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