DE1793689B2 - Gemisch von fluessigen triarylphosphorsaeureestern - Google Patents
Gemisch von fluessigen triarylphosphorsaeureesternInfo
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Description
säureester,
säweester,
säureester und
säureester.
'5
Die Erfindung betrifft ein Gemisch von bei gewöhnlicher Temperatur flüssigen Triarylphosphorsäureestern
das u. a. als Weichmacher für Vinylchloridhomo- oder -copolymerisate besonders geeignet ist.
Es ist bekannt, Verbindungen aus der Gruppe der Triarylphosphorsäureester als Weichmacher für Harzmischungen,
weüche Polymere oder Copolymere von Vinylchlorid enthalten, zu verwenden. Solche Phosphorsäureester
wurden bis jetzt gewöhnlich durch Veresterung verschiedener Kohlenteerphenolfraktionen hergestellt,
welche unterschiedliche Mengen Phenol, Cresole und Dimethylphenole zusammen mit kleinen Mengen,
nicht über etwa 10 Gew.-°/o, höheren Alkylphenolen, gewöhnlich Methyl-äthylphenole und Diäthylphenole,
enthalten können. Soiche Weichmacher haben zahlreiche
Vorteile, sind jedoch mit dem wesentlichen Nachteil behaftet, daß die plastifizierten Mischungen, in welche
sie einverleibt sind, dazu neigen, ihre Biegsamkeit bei tiefen Temperaturen zu verlieren.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß ein Gemisch von bei gewöhnlicher Temperatur flüssigen
Triphenylphosphorsäureestern, die aus einem Ester bildenden Derivat der Phosphorsäure und 30 bis 85
Molprozent der Phenole mit einer Isopropyl-, sek.-Butyl-, 2-Pentyl-, 2-Hexyl-, sek.-Heptyl- oder Caprylgruppe
sowie außerdem aus Phenol, Cresolen und/oder Dimethylphenolen hergestellt worden sind, Harzmischungen,
welche ein Polymerisat von Vinylchlorid enthalten, eine sehr zufriedenstellende Biegsamkeit bei
tiefen Temperaturen verleihen. Dies gilt insbesondere dann, wenn man diese Harzmischungen vergleicht mit
Mischungen, worin andere Triarylphosphoisäureester von entsprechendem Molekulargewicht, die aus Konlenteerphenolen
hergestellt sind, eingesetzt werden. Dieser Vergleich mit Verbindungen von entsprechendem
Molekulargewicht ist angemessen, da die Brauchbarkeit eines Weichmachers nicht allein von den
gezeigten PlastilFizierungseigenschaften abhängt, sondiirn auch von seinen Kosten, welche durch die
Alkylphenole bedingt sind, die zur Herstellung des Weichmachers verwendet werden. Die Verbesserung
der Biegsamkeit in der Kälte zeigt sich, wenn nur ein mäßiger Anteil der Phenylgruppen, nämlich 20 Mol-%
den Isopropyl- und/oder selc-Butylsubstituenten besitzt
Weist jede Phenylgruppe einen solchen Substituenten auf, so ist es tatsächlich möglich, daß der Weichmacher
nicht ausreichend verträglich mit dem Vinylchloridpolymerisat in den Mengen ist, in welchen er zur Erzielung
des gewünschten Piastiziereffektes eingesetzt werden sollte.
Das erfindungsgemäße Gemisch entspricht stöchiometrisch einer oder mehreren der folgenden Verbindungen:
säureester,
säureester,
säureester und
säureester.
Diese flüssigen Phosphorsäureester werden in einer Menge bis zu 150 Gewichtsteilen, vorzugsweise
wenigstens 30 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Polymerisats verwendet, begrenzt durch die Verträglichkeit
des Phosphorsäureesters mit dem Polymerisat.
Die Menge der Phenole mit einer Isopropyl- bzw. sek.-ButyIphenylgruppe usw. in den Triarylphosphorsäureestern
beträgt 30 bis 85 Mol-% und insbesondere 30 bis 50 Mol-%. Vorzugsweise liegt die Kohlenstoffzahl
der Phosphorsäureester, d.h. die Zahl der Kohlenstoffatome in der durchschnittlichen allgemeinen
Formel der Ester, zwischen 21 und 26 und noch mehr bevorzugt zwischen 21 und 24.
Triarylphosphorsäureesterweichmacher mit identischen Arylgruppen werden außer in Mischung mit
anderen Triarylphosphorsäureesteni selten benutzt, da
sie oft fest und/oder mit dem Harz nicht verträglich sind, wenn sie in der gewünschten Menge eingesetzt werden.
Es werden daher die Mischungen dieser Phosphorsäureester verwendet, die vorzugsweise durch die Umsetzung
einer entsprechenden Mischung von Phenolen mit dem Ester bildenden Derivat der Phosphorsäure,
vorzugsweise Phosphoroxychlorid, hergestellt werden, oder aber es wird eine geeignete Mischung von separat
hergestellten Phosphorsäureestern eingesetzt.
Normallerweise ist nur einer der Alkylsubstituenten anwesend, obgleich gewiinschtenfalls mehr anwesend
sein können. So erweist sich die Verwendung von Phosphorsäureestern mit einer Diisopropylphenylgruppe
gemäß der vorliegenden Erfindung als recht günstig. Die Position des Alkylsubstituenten oder der Substituenten,
bezogen auf die phenolische Hydroxylgruppe, ist nicht kritisch, obgleich von orthosubstituierten Phenolen
abgeleitete Phosphorsäureester weniger bevorzugt sind. Die neuen meta-Isopropylphenyl-phenylphosphate
sind offensichtlich die am meisten bevorzugten für die vorliegenden Zwecke.
Wenn der Phosphorsäureester eine Phenylgruppe oder Phenylgruppen enthält, sollte vorzugsweise der
Anteil der Alkylphenylgruppen 70 Mol-% nicht überschreiten.
Die Phosphorsäureester werden durch Umsetzung des entsprechenden Phenols oder einer Mischung von
Phenolen mit einem Ester bildenden Derivat der Phosphorsäure, insbesondere Phosphoroxychlorid,
Phosphorpentoxyd oder Phosphorpentachlorid herge-
stellt Bei Verwendung eines Chlorids des Phosphors wird die Reaktion normalerweise in Gegenwart einer
geringen Menge eines Metallhaiogenidkatalysators, wie •z.B. Aluminiumchlorid oder Magnesiumchlorid, oder
eines anderen Veresterungskatalysators, wie z.B. ein
Alkyltitanatester, durchgeführt, was die Beendigung der
Reaktion bei viel niedrigeren Temperaturen erlaubt als es sonst möglich ist Die Phosphorsäureester können
auch durch eine Umesterungsreaktion hergestellt werden, welche zwischen einem entsprechend substituierten
niedrig siedenden Trialkylphosphat und dem Phenol oder Phenolen durchgeführt wird, und zwar
gewöhnlich in Gegenwart eines Umesterungskatalysators. Im allgemeinen wird in jeder dieser Reaktionen ein
2 bis 54iger molarer Überschuß des Phenols über die Menge, welche zur Umsetzung mit dem Ester bildenden
Derivat benötigt wird, eingesetzt Vorzugsweise erhitzt man langsam das Phenol oder die Phenole mit
Phosphoroxychlorid zu einer Höchsttemperatur von etwa 16O0C innerhalb von 6 bis 10 Stunden. Wird das
Phosphoroxychlorid als eine der Reaktionskomponenten eingesetzt, wird Chlorwasserstoff entwickelt, der in
Wasser in einer geeigneten Kontaktkammer absorbiert werden kann.
Das Gemisch der flüssigen Triarylphosphorsäureester kann aus der Reaktionsmischung durch Vermischen
oder Extrahieren des Rohproduktes mit wäßrigem Alkali zur Entfernung der sauren Bestandteile und
des Überschusses an Phenolen isoliert werden, wobei anschließend, falls erwünscht durch Behandlung mit
einem oxydierenden Mittel die oxydierbaren Verunreinigungen entfernt werden. Wahlweise kann die
Mischung durch Destillation des Rohproduktes gereinigt werden, welche mit wäßrigem Alkali zusammengebracht
oder extrahiert und, falls erwünscht, mit einem oxydierenden Mittel behandelt wird.
Die Triarylphosphorsäureester für die Verwendung als Weichmacher für PVC werden oft vorteilhafterweise
in Verbindung mit einer kleinen Menge, z. B. mit bis zu 5 Gew.-0/), bezogen auf den Weichmacher, eines Bisphenols
oder eines sterisch gehinderten Phenols als Antioxydans für den Triarylphosphorsäureester eingesetzt.
Unter »Bisphenol« wird eine Verbindung mit zwei getrennten hydroxy substituierten Phenylgruppen, verbunden
durch eine Alkylen- oder Schwefelbrücke, verstanden, und unter einem »sterisch gehinderten
Phenol« wird ein Phenol verstanden, worin mindestens eine, vorzugsweise beide in ortho-Stellungen zu der
Phenolischen Gruppe substituiert sind. Diese für Polyvinylchloridmischungen bekannten Oxydationsschutzmittel werden vorteilhaft vorherig mit dem
Triarylphosphorsäureester vermischt, bevor dieser als Weichmacher eingesetzt wird.
Das Polymerisat des Vinylchlorids kann Polyvinylchlorid oder ein Copolymerisat von Vinylchlorid sein,
welches nicht mehr als 20% anderer Monomerer wie
Vinylidenchlorid und/oder Acrylnitril. Die Phosphorsäureester können als einzige Weichmacher in der
Harzmischung eingesetzt werden oder sie können mit anderen Weichmachern, z. B. Dialkylestern von Dicarbonsäuren,
wie Dioctylsebacat, kombiniert werden. Die Menge der benötigten Weichmacher ist abhängig von
der Art und den erwünschten Eigenschaften der Harzmischung. Bei alleiniger Verwendung des Phosphorsäureesters
beträgt dessen Menge normalerweise zwischen 30 und 70% lies Gewichts des Polyvinylchlorids
oder des Vinylchloridcopolymerisates.
übliche Zusatzstoffe, insbesondere einen oder mehrere Hitze- oder L ichtstabilisatoren und/oder Oxydationsschutzmittel enthalten.
Die Triarylphosphorsäureester können auch als Schmiermittel oder hydraulische Flüssigkeit verwendet werden, insbesondere da, wo es erwünscht ist, daß solche Schmiermittel und Flüssigkeiten nicht entflammbat sind.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele
Die Triarylphosphorsäureester können auch als Schmiermittel oder hydraulische Flüssigkeit verwendet werden, insbesondere da, wo es erwünscht ist, daß solche Schmiermittel und Flüssigkeiten nicht entflammbat sind.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele
ίο erläutert in welchen alle Mengen gewichtsmäßig
ausgedrückt sind. Die Beispiele i bis 3 erläutern die Herstellung von Gemischen von Triarylphosphorsäureestern
gemäß der Erfindung. Beispiel 3 sowie der Versuchsbericht erläutert die Verwendung dieser Ester
in Harzmischungen worin die verbesserte Biegsamkeit der Mischungen bei niedriger Temperatur (Kaltbiegefestigkeitstemperaiur)
nach dem Standard-Test von Clash und Berg bestimmt wird. Die Biegsamkeit der
Harzmischung bei tiefer Temperatur ist umso besser, je niedriger der Wert dieser Temperatur ist Der
Versuchsbericht erläutert die Überlegenheit der Gemische bzw. von stöchiometrisch entsprechenden Verbindungsisomeren
gegenüber dem bekannten p-Cumenyldiphenylphosphat
65,2 Teile Phenol und 473 Teile einer Mischung von
meta- und para-Isopropylphenolen wurden mit 51
Teilen Phosphoroxychlorid gemischt (5% Überschuß der phenolischen Reaktionskomponenten). Es wurden
0,5 Teile wasserfreies Magnesiumchloridpulver zur Katalyse der Reaktion hinzugegeben. Die Reaktionsmischung
wurde schnell auf 1300C und sodann langsam innerhalb von zwei Stunden auf 23O0C erhitzt, wonach
keine weitere feststellbare Entwicklung von Chlorwasserstoff stattfand. Die Beendigung der Reaktion wurde
durch Titration des Rohproduktes kontrolliert. Das Produkt wurde im Vakuum destilliert und ergab eine
des Rohproduktes) mit einem Siedepunkt von 205 bis 225°CbeilmmHg.
nolischen Fraktion entsprach gemäß der Analyse im wesentlichen der phenolischen Ausgangsmischung. Daß
keine beträchtliche Auftrennung der Komponenten infolge bevorzugter Veresterung stattgefunden hatte,
wurde durch Hydrolyse einer Probe der Esterhauptfraktion und Analyse der wiedergewonnenen Phenole
bestätigt Die destillierten Ester waren bezüglich der Farbe und des Gehalts an oxydierbaren Verunreinigungen
und Säure zufriedenstellend und wurden daher nicht weiter gereinigt Die Viskosität des Produktes betrug
3OcSt bei 25° C. Das spezifische Gewicht (25°C/25°C)
betrug 1,169.
Die Mischung hatte folgende Zusammensetzung:
Die Mischung hatte folgende Zusammensetzung:
Mono-(isopropylphenyl)-diphenylphosphat
Bis-(isopropylphenyl)-pnenylphosphat
Tris-(isopropylphenyl)· phosphat
Bis-(isopropylphenyl)-pnenylphosphat
Tris-(isopropylphenyl)· phosphat
Mol-%
Die <■ gemischten Phosphorsäureester hatten eine
berechnete Kohlenstoffzahl von 21 und enthielten 33 Mol-% der Isopropylphenylgruppe.
32,6 Teile Phenol und eine Mischung von 953 Teilen
meta- und para-lsopropylphenolen wurden mit 51
Teilen Phosphoroxychlorid und 0,6 Teilen wasserfreiem Magnesiumchlorid als Katalysator vermischt Die
Umsetzung und Reinigung wurde gemäß Beispiel 1 durchgeführt Die Esterhauptfraktion (89 öew.-% des
Rohproduktes) destillierte bei 207 bis 230° C bei 1 mm Hg. Wie in Beispiel 1 bedurfte es keiner weiteren
Reinigung des Produktes. Das Produkt hatte eine Viskosität von 58cSt bei 25° C und ein spezifisches
Gewicht (25°C/25°C) von 1,123.
Die Analyse des gemischten Esters ergab folgende Zusammensetzung:
Mono-(isopropylphenyl)-diphenylphosphat
Bis-(isopropylphenyl)-phenylphosphat
Tris-(isopropylphenyl)-phosphat
Bis-(isopropylphenyl)-phenylphosphat
Tris-(isopropylphenyl)-phosphat
Mol-%
100
sehen gemäß British Standard 2782, Methode 104 B
(Clash & Berg Test), 2782 Methode 104A (Kaltbiegefestigkeit)
und Wheeler in »Plastics & Polymers«, Oktober 1969, Seiten 469-473 (Kaltflexibilität), geprüft
wurden.
Es wurden folgende Gemische verwendet:
Es wurden folgende Gemische verwendet:
Gemisch A
(in Gew.-Teile)
(in Gew.-Teile)
Gemisch B
PVC 100
Stabilisator 4
(Bleiweißpaste)
(Bleiweißpaste)
Calciumstearat 1
(Schmiermittel)
(Schmiermittel)
100
82
0,5
Sie wurden 7 min bei 165° C vermählen und zu einer
gleichmäßigen Folie gepreßt
Die Versuche wurden mit folgenden Phosphorsäureestern durchgeführt:
Das Produkt wies daher eine Kohlenstoffzahl von 24 auf und enthielt 66 Mol-% der Isopropylphenylgruppe.
Es wurde ein Weichmacher durch Umsetzung von äquimolaren Mengen Diphenylchlorphosphat einerseits
und einer Mischung von meta- und para-selc-Butylphenolen
andererseits in Gegenwart von Pyridin, Abfiltrieren des gebildeten Pyridinhydrochlorids, aufeinanderfolgendes
Waschen mit 5%iger Salzsäure, 2%iger Natriumhydroxydlösung und Wasser bis zur Neutralität
und Destillation unter vermindertem Druck hergestellt und ein Phosphorsäureestergemisch mit der Kohlenstoffzahl
22 erhalten. Dieser wurde zur Herstellung einer Polyvinylchloridfolie, wie in Beispiel 3 beschrieben,
verwendet Die Kaltbiegefestigkeitstemperatur dieser Folie betrug -21°C.
Es wurden Vergleichsversuche durchgeführt, wobei die Eigenschaften von PVC-Phosphorsäureester-Gemi-
1) p-Cumenyldiphenylphosphat (Chem. Abstr. Formelindex
Bd. 58 [1963])
2) m-lsopropyldiphenylphosphat
3) Bis-(m-isopropylphenyl)pnenylphosphat
4) Gemisch aus 30 Mol-% Triphenylphosphat
44 Mol-% Mono (isopropylphenyl) diphenylphosphat
22 Mol-% Bis (isopropylphenyl) phenylphosphat
und
4 Mol-% Tris (isopropylphenyl) phosphat
4 Mol-% Tris (isopropylphenyl) phosphat
wobei das Gemisch gemäß Beispiel 1 erhalten wurde und sowohl m- wie p-Isopropylgruppen enthielt
5) Tri m-cresylphosphat
6) Trixylylphosphat
7) Gemisch gemäß Beispiel 2
40
40
enthalten, aus der hervorgeht daß sowohl die
den Phosphaten 1), 5) und 6) in allen verwendeten Tests überlegen sind.
Gemisch | + Phosphor | Clash & Berg-Test | Kaltbiege | Kaltflexibilität |
säureester | festigkeit | |||
A | 1) | + 2,20C | -15°C | - 0,30C |
A | 2) | - 530C | -25°C | - 6,90C |
A | 5) | - 1,7°C | -25° C | - 3,4° C |
B | 1) | - t6,4°C | -25° C | -17,65C |
B | 2) | -24,7°C | -35°C | -25,00C |
B | 3) | -24,9°C | -35° C | -28,20C |
B | 4) | -20,30C | -300C | -22,6°C |
B | 5) | -ll,0°C | ||
B | 6) | - 8,5°C | ||
B | 7) | -2030C |
Claims (2)
1. Gemisch von bei gewöhnlicher Temperatur flüssigen Triarylphos jhorsäureestern, die aus einem S
Ester bildenden Derivat der Phosphorsäure und 30 bis 85 Molprozent der Phenole mit einer Isopropyl-,
selo-Butyl-, 2-Pentyl-, 2-Hexyl-, selc-Heptyl- oder
Caprylgruppe sowie außerdem aus Phenol, Cresolen und/oder Dimethylphenolen hergestellt worden ι ο
sind.
2. Gemisch von flüssigen Triarylphosphorsäureestern nach Anspruch 1, das einer oder mehreren der
folgenden Verbindungen stöchiometrisch entspricht:
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1980
- 1980-08-14 HK HK426/80A patent/HK42680A/xx unknown
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