DE1935290A1 - Neue Polyester mit Hydroxyl- und Carbonamidgruppen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Neue Polyester mit Hydroxyl- und Carbonamidgruppen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE1935290A1
DE1935290A1 DE19691935290 DE1935290A DE1935290A1 DE 1935290 A1 DE1935290 A1 DE 1935290A1 DE 19691935290 DE19691935290 DE 19691935290 DE 1935290 A DE1935290 A DE 1935290A DE 1935290 A1 DE1935290 A1 DE 1935290A1
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/44Polyester-amides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/68Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
    • C08G63/685Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing nitrogen
    • C08G63/6852Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing nitrogen derived from hydroxy carboxylic acids

Description

■«» ν V^ I— \J
LEVlRKUSIN-leytnmk Vr/Tr r»MBt.AbMUi»g 10. J(JLI 1969
Neue Polyester nit Hydroxyl- und Carbonamide gruppen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung
Es ist bereits bekannt, Lactone in Gegenwart von organischen Verbindungen mit mehreren aktiven Wasserstoffatomen, beispielsweise mehrwertigen Alkoholen, Aminen, Aminoalkoholen sowie in Gegenwart von Hydrazinen, zu Polyestern zu polymerisieren.
So ist beispielsweise bekannt, $-Butyrolacton oder <f-Valerolacton in Gegenwart eines mehrwertigen Alkohols und in Gegenwart von Schwefelsäure als Katalysator bei !Temperaturen zwischen 190 und 20O0C zu Polyestern mit Carboxylendgruppen zu polymerisieren. Es ist ferner bekannt,<f-Valerolacton, also ein Lacton mit 5 Kohlenstoffatomen im Lactonring, auch ohne Zugabe eines Katalysators in Gegenwart eines mehrwertigen Alkohols in genügend langer Zeit (etwa 10 Stunden) bei Temperaturen über 1500C zu polymerisieren. In den deutschen.Auslegeschriften 1 206 586, 1 213 995 und 1 209 245 wird beschrieben, daß Lactone mit 6 Kohlenstoffatomen im Lactonring in Gegenwart von organischen Verbindungen mit mehreren aktiven Wasserstoffatomen wie mehrwertigen Alkoholen oder Aminen sich lediglich bei Gegenwart von Katalysatoren mit einer den Anforderungen der Praxis entsprechenden Reaktionsgeschwindigkeit polymerisieren lassen.
Wie nun überraschend gefunden wurde ist es jedoch möglich, Lactone zusammen mit Lactamen als Cononoaeren bei Gegenwart eines
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mindestens zwei aktive Wasserstoffatome aufweisenden Startermoleküls ohne Katalysatoren zu copolymerisieren.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxyl- und Carbonamidgruppen aufweisenden Polyester, dadurch gekennzeichnet, daß man Lactone der allgemeinen Formel
-C=O
in der - °'
R1 und Rp gleich oder verschieden sind und Wasserstoff, C.-C.-Alkylreste , C/--C1o-Cycloalkylreste, Cj-Cj-Alkoxyreste oder gegebenenfalls sustituierte Cg-C12-Arylrestet wobei n+2 der Reste Wasserstoffatome darstellen,
R5 Wasserstoff oder einen Cj-C^-Alkylrest darstellt und
η eine ganze Zahl von 4 bis 6 bedeutet,
und Lactame der allgemeinen Formel
-C=O
NH
. in der R1 bis R, die oben angegebene Bedeutung haben in Gegen-™ wart niedermolekularer, mindestens zwei aktive Wasserstoff-
atome aufweisender Startermoleküle auf Temperaturen von 50 bis 3000C, vorzugsweise 130 bis 2200C erhitzt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind außerdem nach diesem Verfahren hergestellte Hydroxyl- und Carbonamldgruppen aufweisende Polyester.
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-J- 193^290
Als erfindungsgemäß zu verwendende Lactone . kommen allgemein Lactone der allgemeinen Formel
in Frage, in der R1 und R2 gleich oder verschieden sind und Wasserstoff, Cj-C^-Alkylrest, Cg-C^-Cycloalkylreste, C1-C4 Alkoxyreste oder gegebenenfalls substituierte Cg-Cjg-Aryl, wobei n+2 der Rest Wasserstoffatome, B, Wasserstoff oder/Cj-C,-Alkylrest darstellen und η eine ganze Zahl von 4 bis 6 bedeutet. Besonders bevorzugt sind £-Caprolacton bzw. substituierte f-Caprolactone als Ausgangsmaterial.
Geeignete substituierte £-Caprolactone sind beispielsweise die verschiedenen Monoalkyl- £-caprolactone z.B. Monomethyl-, Monoäthyl-, Monopropyl-, Monöisopropyl- und Monobutyl-S-caprolactone, Dialkyl- £-caprolactone, in denen die beiden Alkylgruppen an gleichen oder verschiedenen Kohlenstoffatomen, nicht aber beide am ^-Kohlenstoffatom stehen, z.B. Dimethyl-, Diäthyl und Dibutyl-£ -caprolactone, Trialkyl- £-caprolactone in denen 3 Kohlenstoffatome am Lactonring substituiert sind, vorausgesetzt, daß das ^-Kohlenstoffatom nicht d!substituiert ist, z.B. TrI-methyl-, Triäthyl- und Tributyl- £-caprolactone5Alkoxy- £-caprolactone wie Methoxy-, Äthoxy- und butoxy-£-caprolactone und Cycloalkyl- und Aryl- £-caprolactone mit C6-C^-Cycloalkyl- bzw. C6-C12-Ary!resten wie Cyclohexyl- und Phenyl-caprolactone. Als Lactone mit mehr als 6 Kohlenstoffatomen im Ring seien z.B. f-Oenantholacton und t-Caprylacton genannt.
Als erfindungsgemäß zu verwendende Lactame kommen allgemein Le A 12 370 - 3 -
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Lactame der allgemeinen Formel '
in Frage, in der H1, Rg» R, und η die oben angegebene Bedeutung haben. Beispiele geeigneter Lactame sind z.B. die verschiedenen Monoalkyl- £ -caprolatame wie z.B. Monome thy 1-, Monoäthyl-, Monopropyl-, Monobuty1- £-caprolactame, Dialkyl- £ -caprolactame in denen die beiden Alkylgruppen an gleichen oder verschiedenen Kohlenstoffatomen, nicht aber beide am £-Kohlenstoffatom stehen, wie z.B. Dimethyl-, Diäthyl-, Dibutyl- £-caprolactarne, Irialkyl- £-caprolactaae, in denen 3 Kohlenstoff atome am Lactam substituiert sind, vorausgesetzt, daß das ^-Kohlenstoffatom nicht disubstituiert ist; z.B. Trimethyl-, Triäthyl- und Tributyl- £-caprolacta», Alkoxy-£-caprolactarne wie Methoxy-, Äthoxy- und But oxy- £ -caprolactam und Cycloalkyl- und Aryl- £ -eaprolactame mit Cg-C g-Cycloalkyl- bzw. Cg-C^-Arylresten wie Cyclohexyl- und Fhenyl-caprolactam. Als Lactame mit mehr als 6 Kohlenstoffatomen im Ring seien z.B. £ -Oenantholactam und «g-Caprylactam genannt.
Als bei dem erfindungsgemäBen Verfahren mitzuverwendende Startermoleküle kommen Polyole, Diamine oder Aminoalkohole wie z.B. Äthylenglykol, Glyzerin, Ethylendiamin, Aminoäthanol sowie Hydrazin der allgemeinen Formel
R-HÄ-HH-R1
in Frage. In dieser Formel sind R und R* gleich oder verschieden und bedeuten Wasserstoffatome, Cj-Cx-Alkylreste, C^-Cj-Hydroxy1-alkylreete, Allylreste Canoäthylreete, gegebenenfalls eubati-
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tuierte Cg-C^-Arylreste oder heterocyclische Reste.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Lactammenge beträgt 10-30 Gew.-^, vorzugsweise 20 Gew.-# der angewendeten Iactonmenge.
Da theoretisch ein Molekül eines der genannten Starter als Initiatoren zur Polymerisation einer unbegrenzten Zahl von Lacton und Lactammolekülen ausreicht, kann die Menge Initiator in Bezug auf die Lacton-/Lactammenge sehr gering sein. Durch das Verhältnis Initiator zu Lacton-ZLactammenge läßt sich andererseits das gewünschte Molekulargewicht des Polyesters vorgeben. Im allgemeinen kommen 0,5 -5Gew.-#, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-# bezogen auf das Reaktionsgemisch an Initiatoren zum Einsatz.
Das erf indungsgemSee Verfabrenwird bei Temperaturen zwischen 50 und 3000C, vorzugsweise zwischen 130 und 2200C, durchgeführt.
Das Fortschreiten der Polymerisation kann durch Bestimmung der OH-Zahl oder durch Bestimmung des Brechungsindez verfolgt werden.
/umsetzung kann als vollständig angesehen werden, sobald der Brechungsindex konstant bleibt. Zur Herstellung eines hellfarbigen Polyesters erfolgt die Reaktion vorzugsweise in Abwesenheit von Sauerstoff. Dies wird z.B. durch Arbeiten bei einem
- geringen Unterdruck oder durch Überleiten eines inerten Grases, wie Stickstoff über die Reaktionsmischung erreicht. Nach Beendigung der Polymerisation können gegebenenfalls vorhandene, nicht umgesetzte Monomere durch verminderten Druck, z.B. von 1 - 5 mm Hg und Temperatureinwirkung, z.B. von 120 - 2200C, entfernt werden.
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Die erfindungsgemäßen Polyester haben Üblicherwelse ein Molekulargewicht zwischen 300 und 20 000, vorzugsweise zwischen 500 und 12000, Hydroxylzahlen zwischen 50 und 350, Säurezahlen bis zu 10, vorzugsweise jedoch unter 2.
Die erfindungsgemäßen Polyester stellen beispielsweise Weichmacher und Stabilisatoren für Polyvinylchlorid dar.
Ein Lacton-Lactamgemisch wird mit dem Initiator bei Raumtemperatur unter Rühren vermischt und unter Überleiten von Stickstoff auf die angegebene Reaktionstemperatur gebracht. Hach Beendigung der Reaktion werden gegebenenfalls noch vorhandene, nicht umgesetzte Monomere durch verminderten Druck, z.B. von 1 - 5 mm Hg und Temperatureinwirkung, z.B. von 120 - 2200C entfernt. ^
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Beispiele
Belsgiel 1 31,01 kg £ -Caprolacton
Lacton: 7,75 kg £ -Caprolactam
Lactam: 1,24 kg Äthylenglykol
Initiator: 20 Stunden
Reaktionedauer: 22O0C
Reaktionßtemperatur:
Eigenschaften des Polyesters: 56
Hydroxylzahl: 2,3
Säurezahl: 40 - 1°C
Erwe ichungspunkt:
Beisgiel 2 31,264 kg ^-Caprolacton
Lacton: 7,816 kg E-Caprolactao
Lactam: 0,92 kg Hethy!hydrazin
Initiator: 20 Stunden
Reaktionedauer: 2200C
Reaktionstemperatur:
Eigenschaften dee Polyesters: 60,9
Hydroxylzahl: 6,2
Säurezahl: 39 - 400C
Erweichungspunkt:
Beispiel j$ 2361 g £-Caprolacton
Lacton: 590 g C-Caprolactan
Lactam: 48 g Hydrazin
Initiator: 12 Stunden
Reaktionadauer: - 7 -
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Eigenschaften des Polyesters:
Hydroxylzahl:
Säurezahl:
Erweichungspunkt:
220° C
71, 4
9, 6
40 - 20C
LtA12 370 - β -
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Claims (5)

193529Ö Patentansprüche: S
1. Verfahren zur Herstellung von Hydroxyl- und Carbonamidgruppen aufweisenden Polyestern, dadurch gekennzeichnet, daß man Lactone der allgemeinen Formel
-C=O
in der
R1 und R2 gleich oder verschieden sind und Wasserstoff, C-j-C.-Alkylreste, Cg-C1g-Cycloalkylreste, CpC.-Alkoxyreste oder gegebenenfalls substituierte Cg-C^-Arylreste, wobei n+2 der Reste Wasserstoffatome darstellen,
R5 Wasserstoff oder einen C-j-C^-Alkvlrest darstellt und
η eine ganze Zahl von 4 bis 6 bedeutet,
und Lactame der allgemeinen Formel
-C=O
in der R1 bis R, die oben angegebene Bedeutung haben in Gegenwart niedermolekularer, mindestens zwei aktive Wasserst off atome aufweisender Startermoleküle auf Temperaturen von 50 bis 3000C; vorzugswei.se 130 - 2200C erhitzt.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lacton f-Caprolacton verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lactam . ζ -Caprolactam verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Startermolekül Hydrazin oder ein Hydrazinderivat der allgemeinen Formel
R-HN-NH-R1
in der R und R1 gleich oder verschieden sind und Wasserst of fatome, Cj-Ci-Alkylreste, Cj-C.-Hydroxylalkylreste, Allylreste, Cyanoäthylreste, gegebenenfalls substituierte Cg-C^' Arylreste oder heterocyclische Reste bedeuten.
5. Gemäß Verfahren 1 bis 4 hergestellte Hydroxyl- und Carbonamidgruppen aufweisende Polyester.
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