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Fruclarkyldi- und -polyamine mit grenzflächenaktiven Eigensehaften,
ihre Herstellung und Answendung Die vorliegend Erfindung bezieht sieh auf eine neue
Klasse von Perfluoralkylgruppen enthaltenden Di- oder Polyaminen, die infolge ihrer
erfindungsgemäß gekennseichneten Struktur ihres hydrophylen Teils besonders gute
grenzflächenaktive Eigenuchaften mit breiter Variationsmögliehkeit besutzen und
deren hydrophiler Teil mur zehr zchver, oder überhaupt nicht durch Verseifung von
den Perfluoralkylgruppen getrennt werden kann. Tenside mit diesen @ignsehaften verlieren
auch unter extremen Bedinguggen daher ihre Wirkung nicht. Dureh reaktive Gruppen
auf Substraten fasrig-poröser Art, oder durch Kondensation fixiert, werden mit den
grenzflächenaktiven Amidoderivaten dieser erfindungsgemäßen Amine überaus waseh-
und verseiffungsfeste öl- und wasserabweisende Imprägnierungen erzielt, die bereits
in sehr kleinen Konzentrationen eine hohe Wirksamkeit antfalten.
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Der strukturell erfindungsgemäß gekennzeiehnete Teil des hydrophilen
Restes steigert offanbar die grenzflächenaktive Wirkung der daran gebundenen Perfluoralkylgruppe.
Trotz der erfindungagemäßen Lage zweier elektromegativor keste in ß,ß'-Stellung
zur Sulfongruppe besitzen diese besondere wirksamen Sulfonamine eine überrasehend
ohe thermische und hydrolytische Stabilität, wobei sie sic besondere durch hohe
Substrataffinität auszeichen, was sie als Korrosionsinhibitor für Eisen in verschiedenen
Medien geeigenet macht.
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Diese Fluoralkyldi- oder -polyamine, ihre Quatär- oder Amidoderivate
sind erfindungsgemäß dadurch gekenn@eiehnet, daß sie eine oder mehrere, verzweigte,
oder unverzweigte Perfluoralkylgruppen mit 3 bis 20 C-atomen über mindestens ein
electronegatives Kattenglied, bestehend aus einem Element der 6. Hauptgruppe 1.,
oder 2. Reihe des Perio@ischen Systems, mittels eines aliphatischan Zwischengliedes
an die StieKstoff@tome gebunden enthalten, wobei mindestens ein Stiokstoffatom in
t-Stellung über dieses aliphatische Zwischenglied zu dem@electronegativen Ketanglied
steht und das aliphatische Zwisechenglied eine Oxygruppe, die auch veräthert oder
verestert sein kann, in ß-Stellung, sowohl zu diesem Stiekstoffaton, als auch zum
elektronegativen Kattenglied gleiehzeitig anthält.
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Die teehnologisch vorteilhaftesten Imine sind gekennzeichnet durch
die allgemeine Formel C2#(2a+1).(CH2)b.C#¹R².(CHR³)
ihre Quartarderivate oder ihre Amidoderivate worin die allgemeinen Ausdrüche in
einzelnen sein könnens
worin R7, R8 und Q verzweigte oder ununverzweigte, oder verzweigte aliphatische,
cycloaliphatisene oder aromatische organische Reste sind, die auch Heteroelemente
der 4. bis 7. Hauptgruppe er 1.
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bis 4. Reihe des periodischen System in Gerüst, oder als Seitengruppen
gebunden enthalten können, wobeijedoen, wenn R5 = H ist, zunindest einer dieser
Reste mindestenz ein weiteres Stickstoffatom als Amino-, Ammonium-, oder Aminogruppe
tragen ui3.
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ai 5 bis 18 b: 1 bis 5 ci O bis 1 d: O bis 6 ei O bis 16 R¹, R², R³
können im einzelnen zein: H, CH3-R4: H, -CH3, oder -CH2OH R5: H, oder -CH2Z R6:
H, -CH3, CH2OH, -CH2OX, -CH2Z X: H, -COCH3, -CONH2, -CO.NH.CH2OH, -CO.N.(CH2OH)2
oder ein kleiner argenischer Rest mit bis zu 10 C-Atomen, vorzugsweirse -CH2.CHR¹
-CONH2 -CH2.CHR¹.CON(CH2OH)2 -CH2.CHR¹ -CN -CH2.CHR¹-COOH -CO-C2H4OH -CO.C3H6SO3H
Insbesonzers sind solche Amine, gemäß obiger Formel, vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet
sind, daß
ist, worin solche allgemeinen Ausdrucke im einzelnen sein können: n = 2 bis 10,
vorzugzeise 2 bis 6, vorteilhaft 2 bis 3 p = 1 bis 5, n 1 bis 3, " 1 bis 2 x = 3
bis 10.000, vorzugsweise 5 bis 10.000 y = x - 3 bis 0,01.x,wobel y#1 sein mus.
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R9, R8, ein kleiner aliphatiseher Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen,
-CH2.CHR¹. CN, -CH2.CHR¹.CONH2, -CH2.CHR¹ -COOH, -CH2.CHR¹.CON(CH2CH)2,
vorteilhaft auch -N sein kann, wobei R8 vorzugsweise 9
-CO-CH3, -COC2H4OH, -SO2-C3H6OH, -OH(CH2)3SO3H -SO2(CH2)3COOH sein kann und jedes
einzelne R9 vorzugsweise H, oder CH2OH, oder-CH2OCH3 ist.
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Celichfalls vorteilhaft sind Amine dadurch gekennzeichnet, daß ein
Rest der Formel - Q: -C2H4NR8.C2H4- -CO-NR9-CH2.CHR¹--CO-NR9.C3H6- -CO-NR9-CH2NR10.CHR2-
worin R9 vorzugsweise gemäß Anspruch 3 definiert ist; und R10 ein kleiner aliphatiseher
Alkylrest mit bis zu 4 C-Atomen ist.
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Unter den oben besehriebenen Aminen besitzen solche Amine besonders
wertvolle Eigenschaften, deren obige Formel dadurch gekennzeichnet ist, daß die
allgeaeinen Ausdrücke wie folgt definiert sind: as 6 bis 18, vorteilhaft 7 bis 12,
vorzugsweise 8 bis 10 b: vorteilhaft 1 bis 2, vorzugsweise 1 ci O d: vorteilhaft
0 bis 1, vorzugsweise 0 s: vorteilhaft 0 bis 5, vorzugsweise 0 R¹, R², R³, R4: -CH3,
vorteilhaft H R5: -CH2Z, vorteilhaft H R61 H
X, -C2H4CONH2, -C2H4COn((CH2OH),
vorteilhaft -CONHCH2CH,-CON(CH2OH)2, -CONH2, vorzugsweise H Die vorteilhafteste
Struktur dieser erfindungsgemäßen Amine wird gekennzeichnet durch die allgemeine
Formel: CaF(2a+1)C2H4-SO2.CH2.
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worin al 5 bis 16, vorteilhaft 7 bis 11, vorzugsweise 8 bis 10 1.
-CONH2 vorzugsweise 11 sein können, sowie ihre Amidoderivate der Kohlensäure, sowie
deren Umsetzungsprodukte mit Formaldehyd und/oder Glyoxal, vorzugsweise jene Produkte,
die durch Erhitzen dieser Amine mit Harnstoff, oer Alkylendiharnstoffen auf Temperaturen
zwischen 100 und 200°C erhalten werden, die vorzugsweise weiter mit Formaldehyd
und/oder Glyoxal umgesetzt wurden.
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Zum Einsatz als ölabweisende Impragnierung eignen sich am besten Produkte,
die dadurch gekennzeichnet sind* dao sie aus Umsetzungen mit harnstoff im molaren
Verhältnis Aminstickstoff zu Harnstoff von 2 : 1 bis 1 : 5 30 Sekunden bis 4 Stunden,
vorzugsweise 1 minute bis 1 Stunde bei 120 bis 180°C gewonnen wurden und deren Usetzungeprodukte
mit Glyoxal und/oder Formmaldehyd, die vorzugsweise aus wässrigen oder alkoholischen
Medien bei pH-Werten zwischen 2 und 9,5 gewonnen wurden.
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Mit den erfindungsgemäßen Aminoderivaten dieser Amine lassen sich
sehr waschfeste, und in sehr geringer Konzentration wirksame olecä probe und hydrophobe
Imprägnierungen an Substraten fasrig-poröser Art, insbesonders auf Textilien und
Papier erzielen, die dureh andere Harzimprägnierungen nicht negativ beeinflußt werden.
Man imprägniert diese Substrate, insbesonders Textilien, in der Weise, daß man die
Substrate mit wässrigen, gegebenenfalls Isopropanol enthaltenden Lösungen oder Emulsionen
der vorteilhaft mit Glyoxal
und/oder formaldehyd umgesetzten Amidoderivate
der erfindungsgemäßen Amine, auch in Gemisch mit bekannten Knitterfestimprägnierungen
und hydrophobisierenden Imprägnierungen, in Gegenwart eines Katalysatos, vorteil
Magnesium- oder Zinkehlorid und/oder -nitrat tränkt, worauf man gegebenenfalls zwischen
20 und 100°C vortroeknet und dann bei Temperaturen zwischen 110° und 180°C kondensiert.
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Solche Substrate sind überraschenderweise auch von Kontaktanschmutzungen
leicht zu reinigen, oder zu waschen. Im Gegensatz zu handelsüblichen Harzen ist
die Schmutzretention äußerst gering.
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Alle erfindungsgemäßen Di- oder Polyamine, oder ihre Derivate sind
dadurch gekennzeichnet, daß sie das umrabedte Struktur-
insbesonders und mindestens ein weiteres Aminostickstoffatom am Kohlemstoffgerüst
gebunden enthalten. Entsprechend dieser Definition darf dieses zweite Stickstoffatom
nicht dber eine Carbonylgruppe in amidartiger Bindung an das C-Gerüst gebunden sein.
Das zweite Stickstoffatom darf demnach nicht durch eine verseifahre Verbindung vom
ersten Stickstoffatom getrennt sein.
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Rf beasutet darin den Perfluoralkylrest, und eines cifunktionellen
organischen Rest, der am vorteilhaftesten
-CH2-CH2- ist, jedoch
auch ein difunktioneller Alkanrest sein kann, dessen Kotte auch durch Äthersauerstoff
unterbrochen sein kann., mit bis zu 10 C-Atomen.
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Alle diese erfindungsgemäßen Amino lassen sich durch Kombination weniger
und sehr einfacher Standartraktionen herstellen, die allgemein und mit geringer
Variation der Bedingungen erfindungsgemäß einsetzbar sind. Es sind auch andere Synthesewage,
nach an sich bekannter Verfahrensweise einsetzbar, doch sollen hier nur in Ergänzung
zu Beispielen nachstehende Methoden zur Synthese angegeben werden. Die Synthese
beginnt in erster Stufe mit der Addition eines Halogenepoxyde an einen entsprechenden
Perfluoralkylgruppen enthaltenden Alkohol, ein Thiol, oder eine Carbonsaure.
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Als Halogenpoxyde können alle aliphatisehen Epoxyde eingesetzt werden,
die mindestens ein Halogenstom an der Epoxygruppe benaehbarten C-Atomen besitzen.
Als Halogen kommen vorzugsweise Chlor und Brom in Frage. Der einfachste Vertreter
dieser Epoxyde ist das Epichlorhydrin. Es ist das für diese Reaktion brauehbarste
Epoxy. Aber auch Verbindungen der Formel:
sind gut brauchbar.
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Als Perfluoralkylderivat sind beispielsweise die Thiole F(C2F4)3 bis
6C2H4SH und (CF3)2CF(C2F4)2 bis 4C2H4SH besondere brauckbare Produkte.
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aber auch die Alkohole
oder F(C2F4)3 bis 6C3H6((OC2H4)1 bis 3OH
oder die Carbonsäuren F(C2F4)3
bis 6C2H4COOH oder
sind gut brauchbar. Diese Aufzählung soll jedock keine Ein schränkung sein, inbezugauf
den difunktionellen Orga@orest oder den Perfluoralkylrest. Anstelle der Thiole lassen
sich jedoch auch die entsprechenden Sulfinsäurem, oder ihre Salse einsetzen. In
einigen Fällen sich auch die entsprechenden Sulfonsäurechloride umsetzbar. Die Thiolo
werden mit den Halogenepoxyden unter Sauerstoffausschluß nach Zusatz kleiner Mengen
eines Lewiscäurekstalysators, beispielsweise RF3, vorteilhaft ZnCl2 unter ständigen
Vermischen auf Temperaturen von 120°C bis 150°C erhitzt. Nach 20 bis 40 Minuten
ist die Reaktion fast immer zu Ende. Dagegen erhält man mittels ZnCl2 im Gegensatz
zu Literaturangahen unter 100°C nur sehr selten brauchbare Reaktionsgeschwindigkeiten.
Das Verhältmis beider Reaktionspartner wird am besten stöchimetrisch mit einem sehr
kleinen Übersehuß (etwa 5 %) an Epoxyd gewählt. Als Katalysstoren reichen 0,01 Mol
ZnCl2 bereito aus, die am besten in Butylglykol gelöst werden. Ein großer Übersehuß
Epoxyd läßt sich aber auch an die freie OH-Gruppe des entstendenen Chlexhydrino
weiter addierom, wann RF3 oder ZnCl2 als Katalysator eingesetzt wird. Auf diese
Weise lassen sich Produkte der Formel
gewinnen, die mehrere mit Aminen oder Ammoniak reagierende C1-Substituenten tragen.
Die reaktion mit den Fluoralkylalkoholen, den Fluoralkylsulfinsäuren der Fluoralkylcarbonsäuren
ist in gleicher Weise, jedoch auch ohne Sauerstoifaussehluß ausführbar,
nur
sind hierfür Reaktionstemperaturen bis zu 220° und lägers Reaktionsseiten bis zu
3 Stunden erforderlich. Unter Verwendung eines großen Epoxydüsersehusses, der nach
der Reaktion durch Extraction oder Destillation entfernt werden kann, lassen sich
diese Reaktionen auch ohne Katalysator im alkalisehen Bereich mit stöehimetrisshen
Alkalimengen, wis zum Beispiel:
auführen.
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Dabei können direkt auch epoxyde erhalten werden* die man sehr leicht
bereits bei Temperaturen unter 12000 nit Diaminen zu den erfindungsgemäß definierten
Diaminen unsetzt.
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Anstelle von Thiolen lassen sich nach dieser methode die entsprechenden
Rf Akohole oder Rf-Sulfinsäuren, oder Rf-Carbonsäuren einsetzen, die dann als Alkalisalze
vorliegen.
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Man kann diese Reaktion vorzugsweise mit Benzyltrimethylammoniumchlorid
oder -hydroxyd katalytisch stark beschleunigen, was sich vor allen bei Vorliegen
der Salz der obengenannten Säuren verteilhaft auswirkt, da sie höhere Temperaturen
zur Reaktion bis zu 200° erforderlich nachen zm kurse Reaktionszeiten zu erhalten.
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Für diese Reaktion sind sowohl polare, wie umpolare Lösungs-, oder
Verdünnungsmittel brauchbar, Jedoch sollten sie mit den Epoxyden nicht reagieren,
was in vielen Fällen die Verwendung von Alkoholen verbietet. Nur bei den Thiolen
kann man in Gegenwart vom Alkoholen arbeiten. Die gewünsehten Epoxyde, oder Halogen
hydrine sind nach den oben beschriebenen allgemeinen Verfahren durchwege in nabezu
quantitativer Ausbeute bei der sauren Katalyse
erreiehbar. Die
Reaktionsprodukte aus den alkalisehen Reaktionen enthalten noch Di-, oder Polyperfluoralkylderivatein
umso kleineren Maße, je höher der stöchiometrisehe Epoxyuüberschuß zu Reaktionsbeginn
war, der vorteilhaft 5 bis 20-fach sein sollte, wenn man Ausbeuten von mehr als
90 % an einfachem Hauptprodukt wünseht. Vielfach lassen sich aber auch mit Epoxydunterschuß
Produktgemische gewinden, die in der Keiterverarbeitung zu den Di- oder Polyaminen
wertvolle eigenschaften mitbringen.
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Die nach diesen Methoden aus den Thiolen gewonnenen Thioäther können
nun einer Oxydation zu den Sulfoxyden oder Sulfonen unterworfen werden. Hierzu eignen
sich alle, unter Rücksicht auf die Epoxyd-, oder chlorhydringruppierung als schonend
bekannten Oxydationsverfahren. Chlorhydrine lassen sich vorzüglich mit Chlorwasser,
oder Chloreissiggemischen oxydieren.
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Mit Wasserstoffperoxyd können als Katalysatoren Mineralsäuren, wie
Phosphorsäure, beispielsweise 1 bis 2 % bezogen auf die Wasserstoffperoxydmenge,
die als 30 %ige Lösung zum einsatz kommen kann. Temperaturen bei 70°C sind vorteilhaft.
Aber auch Eizessig, auch in wässriger Verdünnung ist brauchbar.
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Die Wasserstoffperoxyd-Oxydation zu den Sulfonen kann aber auch mit
Wolframtrioxyd oder Vanadinpentoxyd in Form ihrer Persäuren, gemäß Schulz und Freyermuth,
Journ. Org. Chem. 28 1140 (19639 und Trebs, Franke u. Leiehsenrig Chem. Berichte
86 616/1953 vorganommen werden.
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Alle nach diesen bisher geschilderten, o;er nach anderen bekannten
Verfahren erhaltenen Fluoralkylspoxy-, oder -halogenhydrinverbindungen werden nun
erfindungsgemäß mit Di- oder Polyaminen umgesetzt. Enthalten die fluoralkylepoxyde
oder fluoralkylhalogenhalogenhydrine
mehr als eine durch iminstiekstoff
substituierbare Gruppe, so kann man diese Verbindungen auch mit Ammoniak, primären,
oder sekundären Monoamminen umsetzen um erfindungsgemäße Di-, oder Polyamine zu
erhalten.
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Als substituierbare Gruppen sind im vorliegenden Fall ein zur -OH,
oder Epoxydgruppe inα-Stellung ständiges Halogen, oder eine Epoxygruppe zu
verstehen, die auch in Kosnbination vorliegen können. Die Umsetzung soll in der
Regel mit einem großen stöchiometrischen Überschuß an Main erfolgen. 5 bis 20 Mol
Amin, bezogen auf die Zahl der substituierbaren Gruppen an der Fluoralkylverbin
dung liefern hohe Ausbeuten an einheitlichen erfindungsgemäßen Aminen. Bei einsatz
von Polyaminen, oder hoehpolymeren Aminen ist es je nach den gewünschten eigenschaften
des erfindungsgemäßen Endprodukts einvoll, Fluoralkylspoxyde oder Halogenhydrine
mit monofunktioneller Reaktionsweise einzusetzen, wobei das stochiometrische Verhältnis
1 bis 10, vorteilhaft 3 bis 5 Aminostickstoff, pro Mol fluoralkylverbindung zein
kann.
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Aus difunktionellen Perfluoralkylprodukten und Diaminen lassen sich
verzweigte Polymerprodukte mit guten Korrosionseigenschaften herstellen. Die folgenden
Reaktionsbedingungen sind allgemein gültig, dooh lassen sie sich im rahmen der üblichen
Grenzen variieren.
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Man erhitzt die fluoralkylepoxyde, oder -halogenhydrine, bzw.
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-epihalognhydrine mit den Aminen in dem oben angegebenen Verhältnis,
wobei vorteilhaft, gegebenenfalls mittels eines organizehen Lösungsmittels als Lösungsvermittler,
das Fluoralkylepoxyd-oder -halogenhydrin in das bereits erhitzte Main langsam unter
kraftigen Vermischen zugibt, oder das Gemisch beider Reaktionspartner unter kräftigem
Rühren auf die neaktionstemperatur erhitzt.
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Als reaktionstemperatur sollen vorteilhaft Temperaturen zwischen Raumtemperatur
und 200°C, je nach der gewünschten Reaktionszeit, gewählt werden, wobei die Reaktion
in flüssiger Phase stattfinden soll, wozu gegebenenfalls unter Druok gearbeitet
werden muß.
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In der Regel ist diese Reaktion bei 130 bis 1680C nach 20 bis 40 Minuten
zu Ende. Für den Umsatz von Chlorhydrinen mit Di-, oder Polyaminen trifft des besonders
zu.
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Als Reaktionsvermittler bewähren sich insbesonders alle Alkohole,
oder Ätheralkohole, wie beispielsweise Methyl-, Äthyl-, oder Butylglykol, -di-,
oder -triglykol. Zum Ende der Reaktion werden die überschüssigen Aminmengen und
gegebenenfalls der Lösungsvermittler abdestilliert, oder mit Wasser, oder wäseriger
Natronlauge extrahiert. Der rückstand aus der Amindestillation wird gleichfalls
einer Natronlaugebehandlung unterworfen, um gegebenenfalls den abgespaltenen Halogenwasserstoff
zu entfernen.
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Diese erfindungsgemäßen Amine, soweit sie zur Gruppe der Thioätherverbindungen
gehören, werden vorteilhaft nun in form ihrer Salze z. B. ihrer Asetate, Phosphate,
oder Sulfate mit Wasserstoffperoxyd unter den oben bereits angetgebanen Oxydationsbedingungen
zu Sulfonen, oder Sulfoxyden oxydiert. Man arbeitet dabei vorzugsweise mit Essigsäure,
H3PO4, WO3, oder V2O5 als Katalysator in wässriger, alkoholischer oder acetonischer
Lösung bei Temperasatz von 30 %igem H2O2 ist dabeivorteilhaft.
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Außer den Aminsalzen lassen sich auf diese Weise auch die entsprechenden
Amidoderivate dieser Amine, beispielsweise die Acetamide, Harnstoffs, oder sonetige
Carbonsäure-, oder Sulfonsäureamide
zu den erfindungsgemäß besonders
vorteilhaften Sulfonaminen, bzw. -amiden oxydieren.
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Alle diese erfindungsgemäßen Amine sind sehr leicht in ihre Harnstoffderivate
zu überführen, indem man ihre wässrigen, oder alkoholischen Salzlösungen, die auf
pH 7 bis 9 eingestellt wurden mit Alkalieyanaten, in an sich bekannter weise, umsetzt.
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Für die cleophobe und hydrophobe Textilimprägnierung sind besonders
jene Produkte, besonders wegen ihrer hohen Waschfestigkeit wertvoll, die durch Erhitzen
der freien eine mit Harnstoff, oder Alkylendiharnatoffen im wechsenden molaren Verhältnis
auf Temperaturen von 120 bis 1900C erhalten werden können. Je nach Temperatur kann
mit Reaktionszeiten von 0,5 bis 60 Minuten, sogar bis zu einigen Stunden gearbeitet
werden, wobei fdr ständiges mechanisches'- Durchmischen und den Abzug von NH3 gesorgt
werden soll. Produkte, die aus einem Gemisch aus 1 bis 3 Mol Harnstoff pro aminstickstoff
des Fluoralkylamins bei i;-o bis 160°C in 2 bis 20 Minuten erhalten wurden, zeigten
nach Umsatz mit Glyoxal/Formaldehyd außerordenthohe Waschfestigkeit auf Textilien.
Die Ölabweisung gemäß dem bekannten 3 M-Test fiel nur um 10 Punkte, von 120 auf
110, nach 5 Normwäschen, wenn die Imprägnierung mittels MgCl2 5 Minuten bei 150°C
eingebrannt war.
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Zur Herstellung der Harnstoff. und Amindoderivate lassen sich alle
bisher bekannten entsprechenden Verfahren anwenden. Tenside mit sehr großer Schaumstabilität
werden aus den erfindungsgemäßen Amin durch Anlagern, Reaktion, oder Ringspaltung,
oder gegebenenfalls Pfropftelomerisation mit folgenden Verbindungen und ihren Homologen,
gemäß den herfür bekannten Verfyhrensweisen gewonnen:
Äthylenoxyd,
insbesonders Propylenoxyd, Propiolakton, Propahsulton, Acrylsäure und ihre Derivate,
über auch Dicarbonsäureanhydride In den meisten Fällen genügt einfaches erhintzen
auf bis zu 180°C, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, insbesonders Alkali
und Druck. Es werden dabei die erfindungsgemäßen Amino mit sehr starken Tensideigenschaften
erhalten, deren Amin-oder Amidwasserstoff durch folgende Gruppen ersetzt ist:
Die Produkte, die durch Umsetzung mit
und einem HCl-Acceptor erhalten werden, stellen nach ihrer Methylolierung mit Formaldehyd
vorzügliebe Imprägniermittel dar.
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Die Harnstoffderivate der erfindungsgemäßen Amine werden vorteilhaft
weiter mit Glyoxal bei pH 7 bis 9, Temperaturen von 0 bis 100°C und Zeiten bis zu
24 Stunden zu cleophoben Imprägniermitteln umgesetzt. Auch die saure Katalyse bei
ER 1 bis 7, insbesonders mit Wein-, oder Glykolsäure, liefert wertvolle Imprägniermittel.
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Diese Produkte lassen sich weiter mit Formaldehyd umsetzen, wobei
wiederum, sowohl im alkalischen Bereich von pH 7 bis 10,5, als auch im sauren Bereich
von pH 7 bis 1, wie oben katalysiert, sehr wtrhlchfoste Impragniermittel rhalten
w,ren.
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Ähnliche Ergebnisse werden aber auch beim Umsatz von Harnstoffderivaten,
oder Acrylamidumsetzungsprodukten dieser Amine mit Formaldehyd, mit wechselnden
stöchiometrischen Verhältnissen, vorzugsweise im alkalischen Bereich bei pH 7,5
bis 10 erhalten.
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Alle diese Impragniermittel lassen sich mittels Zink, oder Magnesiumchloridkatalysator,
aber auch mit Säuren, wie Weinsäure nach dem Aufbringen auf die Substrate, fasrig-poröser
Art, wie Papier, insbesondere aber Textilien und Garnen aller Art durch Erhitzen
auf 100 bis 180°C waschfest fixieren.
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Diese erfindungsgemäßen Imprägniermittel werden vorzugsweise als wässrige
Lösung oder Suspension, die gegebenenfalls etwas Isopropanol enthält, durch Tränken
aufgebracht. Das Imprägnierbad kann gleichzeitig andere handelsübliche Imprägnierungen
zur Knitterfestimprägnierung und Katalysatoren enthalten. Besonders waschfeste Eigenschaften
bei hoher Sparsamkeit werden erreicht, wenn man gleichzeitig Methylolmelamine, insbesonders
das Trimethylolmelamin mitverwendet.
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Die hier gegebene Beschreibung der Verfahrensweise reicht aus, alle
erfindungsgemäßen Verbindungen herzustellen, so daß auch die folgende Reihe der
Beispiele auf andere adäquate Verbindungen meistenz ohne weiteres übertragen werden
kann. Diese Beispiele stollen damit keine Einsehränkung inbezug auf Verfahrensweise
uni Stoff dar, vielmehr kann ohne weiteres im Sinne der Erfindung, auch unter Ausnutzung
anderer bekannter analoger verfahrensweisen und unter sinngemäßer Berücksichtigung
der jeweiligen physikalischen Eigenschaften der einzelnen Verbindungen, wie Siedepunkt,
Löslichkeit, u. s. w. vorgegangen werten.
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Beispiel 1 44 g C8F17C2H4J werden mit 9 g Thioharnstoff unter Stickstoffatmosphäre
in 150 com eines 1 s 1-Gemisches aus Tetrahydrofuran und Äthanol gelöst und bei
sehwachen Sieden (70°C) 12 Stunden gerührt.
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Vom entstandenen Thiuroniumsalz wurde das Lösungsmittel durch Destillation,
suletzt in Vakuum bei 250 mm Hg, soweit befreit, bis nur noch 70 g Lickstand verblieben.
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Der rückstand wurde in 90 g Wasser gelöst 11 g NaOH in 20 g Wasser
gelöst, zugegeben. Darauf wurde 2 Std. bei 70°C unter Stickstoffatmosphäre gerührt.
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Nach dem Erkalten wurden 26 com 37 %ige Salzsäure zugesetzt, worauf
sich das Thiol als rötliche Flüssigkeit nach kurzem Rühren und Stehen gut absetzte.
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Erhalten wurden 36 g C8F17C2H4SH mit einem spez. Gewicht von 1,7.
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Zu dieser Thiomenge wurden in einem Kolben mit rückflußkühlung 0,15
g ZnCl2, das unter leichtem Erwärmen in 0,5 g Methyldiglykol gelöst worden war,
zugegeben, worauf diesem Gemisch 7,5 g Epichlorhydrin unter Rühren zugesetzt wurden.
Unter Stickstoffatmosphäre und Rühren wurde diesse Gemisch in Paraffinölhad von
160 bis 165°C auf eine' Innentemperatur von 1140 bis 145°C 11 Minuten lang erhitzt.
Darauf wurde das Reaktionsgemisch erkalten lassen. auf diese Weise wurde ein Reaktionsprodukt
erhalten, das als Chlorhydrin der Formel C8F17.C2H4.S.CH2.CH(OH).CH2Cl zu bezeiehnen
ist.
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Beispiel 2 10 g des Reaktionsproduktes aus Beispiel 1 wurden unter
intensiven Rühren zu 19 g 1,3-Diminopropan getropft, worauf dieses Gemisch unter
rühren im Kolben mit Rückflußkühler im Paraffinbad von 143°C, 35 Minuten lang auf
Innentemperatur von 120 bis 140°C erhitzt wurde. Zu Ende der Reaktion wurde des
überschüssige Amin aus dem Reaktionsgemisch bei 20 mm Hg bei einer Ölbadtemperatur
von 70 bis zuletzt 1000C (4p - 45°C) abdestilliert.
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Als Rückstand verblieben 11,2 g viskose flüssiges Monohydrochlorid
des Amins C8F17.C2H4.SOH2.CH(OH).CH2-NH.C3H6NH2, neben geringen Menges Difluoralkyldiamin.
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Dieses Amin wurde in freier Form durch Waschen mit verdünnter Natronlauge
erhalten, wobei es eich als schwere braune Flüssigkeit abschied, die über etwas
NaOH getrocknet wurde, 10,40 g freies Fluoralkyldiamin der Formel
wurde mit einer Reinheit von ca, 93 % erhalten. Der Rest war Difluoralkyldiamin.
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Das mittlere Molgewicht betrug 643 ((Theorie 611) der Stickstoffgehalt
wurde zu 4,25 % (Theorie 4,36) gefunden.
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Die Salze dieses Amins erniedrigten die Oberflächenspannung von wässrigen
Systemen berets in großer Verdünnung auf 15 bis 16 dynem Beispiel 3 3 g des nach
Beispiel 2 hergestellten Amins, in 4 g Wasser gelöst, wurden mit 0,5 g konz. Schwefelsäure,
1 : 2 verdünnt mit Wasser durch Neutralisation in das Sulfat überführt, worauf 6
com Essigsäure und 1,2 g Wasserstoffperoxyd zugesetzt wurden. Dieses Gemisch wurde
unter zühren innerhalb 10 Minuten auf 80°C erhitzt
und weitere
10 Minuten bei dieser Temperatur gerührt. Die braune Tönung wird hellgelb. Das Gemisen
wurde durch Eindampfen von der Essigsäure und dem Wasser befreit, der Salzrückstand
mit 10 g Wasser aufgenommen und mit einer Suspension die aus 0,28 g CaO und 5 g
R20 erhalten wurde, versetzt und 1 Stunde gerührt.
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Das ausgefallene CaSO4 wurde abfiltriert und mit Wasser ausgewaschen.
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Die klaren Filtrate samt waschlösungen wurden über einer kurzen Füllkörperkolonne
eingedampft. Als Rückstand verblieb 3,1 g C8f17.C2H4.SO2.CH2.CH(OH).CH2.NH.C3H6.NH2
Dieses Ilin ist sehr gut in Wasser löslich und läßt sich ii Gegensatz zum Thiöätheramiz
nicht durch NaOH aus seinen wässrigen Lösungen ausfällen.
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Durch acidimetrische Titration konnte ein Äquivalenzgewicht von 667
festgestellt wtrden (Theorie 643) Der Stickstoffgehalt nach Kjeldahl 4,1 %) Theorie
4,17 %) Aus dem hohen Molgewicht erresehnet sich ein Gehalt an Difluoralkyldiaminen
zu etwa 6 %. Da Tensid ist im alkalischen, wie sauren Medium wirksam.
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Beispiel 4.
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Wie in Beispiel 2 und 3 konnten aus 5 g C8F17.C2H4.S.CH2.CHOH.CH2Cl
und Äthylendiamin in über 90%iger Ausbeute die Amine C8F17.C2H4.S.CH2.CHOH.CH2NH.C2H4NH2
und daraus mit H2O2 C8F17.C2H4.SO2.CH2.CH(OH).CH2NH.C2H4NH2 erhalten werden.
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Beispiel 5 Wie in Beispiel 2, konnten aus 10 s des dort eingesetzten
Ohlorhydrins und 38 g Triäthylentetramin 11,0 g der Amin C8F17.C2H4.SCH2.CH(OH).CH2.NH(C2H4NH)3H
und
erhalten werden. Diese Amine wurden durch Ausfällen der wässrigen Lösung des Reaktionsgemischen
mittels Natronlange und anschließender Extraction mit Äther isoliert.
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Beispiel 6 Aus 5 g eines Amingemisches aus Beispiel 5. in 10 g Wasser
gelöst.
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wurden die Hydrochloride durch Neutralisieren mit konzentrierter Salzsäure
hergestellt, wobei die Lösung auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt wurde. Zu dieser
Lösung wurden 2,2 g KCNO in 3,5 g Wasser gelöst zugegeben und langsam unter Rühren
auf 40 C erwärmt. Nach 2 Stunden rühren wurde mit Essigsäure auf pH 7,5 gestellt
und eine weitere Stunde bei 60°C gerührt.
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Die Lösung wu:t'de eingedampft und der feste Rückstand Liit Äthanol
aufgenommen und vom Salzrückstand abfiltriert. Es wurde nochmals mit Methanol aufgenommen
und gleichfalls abfiltriert.
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Es wurden aus den gesammelten Filtraten nach dem Eindampfen 6 g eines
festen Harnstoffgemisches, bestehend aus
Beispiel 7 Die Harnstoffmenge aus Beispiel 6 wurde in 6 g Wasser aufgenommen und
mit einer Lösung von 7 g Essigsäure und 1,7 g 30 %igem H2O2 unter Rühren versetzt
und langsam auf 80°C erhitzt. Nach 30 Minuten wurde die unsprünglich aunkelbraune
lösung hellgelb,
worauf das Wasser und die Essigsäure abgedampft
wurde.
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Als Rückstand wurden 6,2 eines Gemisches der festen Harnstoffe
Die Ausbeuten waren über alle Stufen nahezu quantitativ.
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Das Produkt ist in Wasser und Alkoholennehlechter löslich, jedoch
sehr gut in Gemischen aus Alkohol und Wasser, und wirkt als starkes Tensid.
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BEispiel 8 3 g Harnstoffe, wie sie in Analogie zu den Beispiel 1 bis
7 gewonnen wurden, mit der Formel C8F17.C2H4.SO2.CH2.CHOH.CH2(CONH2).C2H4.NH(CONH2)
wurden in 3 g Wasser aufgenommen und auf einen pH von 8,5 eingestellt. Dazu wurden
unter Rühren 1 g 40 %ige Glyxallösung, die mit Na2CO3-lösung auf pH 8,5 eingestellt
war, gegeben. Nun wurde auf 70°C unter Rühren erhitzt und dabei durch Zugabe von
Sodalösung der pH bis 8 bis 8,5 gehalten. Nach 30 Minuten wurde mit Salzsäure vorsichtig
neutralisiert. Die Lösung wurde im Rotationsverdampfer und Wasserstrahlvakuus eingedampft.
Im Rückstand verblieb ein wasserlösliches Harnstoff-Glyoxalkondensat, das pro Mol
einen 4,5 Dihydroxyimidazolidon(2)-Ring enthielt.
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Das Produkt ließ sich als 0,5 %ige wässrige lösung, die noch etwa
10 % Isopropanol und 2 %MgCl2 enthielt durch Tränken und Abquetschen auf ein Baumwollpopelinestoffstück
von 170 g/m² aufbringen, worauf das Textilstück bei 85°C 5 Minuten getrocknet und
bei 148°C 5 Minuten kondensiert wurde.
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Disse Probe besaß anschließend eine Ölabweisung, gemessen nach den
bekannten 3M-Test, von 120 Punkten (ein Gemisch von 70 % n-Heptan + 30 % Paraffinöl
netzt noch nicht). Nach 5 Normwäsehen fiel diese Ölabweisung nur auf 90 Punkte ab(50
% n-Heptan + 50 gC % P Paraffinöl netzt noch nicht).
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Wird gleichzeitig mit dem Glyoxal, oder nachher, auch bei - - 8 15
Minuten bei 35°C Pormaldehyd an das Produkt angelagertt so wird diese Waschfestigkeit
um 10 Punkte suf 100 Punkte verbessert. Diese Harnstoffprodukte enthalten Formaldehyd
in Form von Harnstoffmethylolgruppen substituiert.
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Beispiel 9 2 g Lmine der Pormel (CF3)2CF.C6F12.C2H4.SO2.CH2.CH(OH).CH2.NH.(C2H4NH)2H
das analog den Beispielen 1 bis 4 gewonnen uurde, wurden in einem kleinen Autoklaven
mit jeweils 0,2 g NaOH und 5 g Äthylen oxyd versetzt und unter Druck 10 Stunden
auf 1200C erhitzt.
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Nach dem Abkühlen wurden 5,3 g Reaktionsprodukt gefunden, des die
Struktur
zuzuordnen ist. Entsprechend der Stickstoffanalyse des Produktes konnte ein mittlerer
Gehalt von 26 Äthylennoxydeinheiten pro Mol angenommen werden. Das Produkt war ein
außergewöhnlich aktives Tensid, das besonders gut als Schaumstabilisator für Polyurothanschäume
geeignet war.
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Beispiel 10 6 g Qes alkohols C6F13.CH2.CH(CH3).OH, der in an sich
bekannter Verfahrensweise, durch radikalische Anlagerung von C6F14J an Allyalkohol
mit anschließender Jodwasserstoffabspaltung zum Epoxyd und darauffolgender katalischer
Hydrierung erhalten worden war, wurden in einem Rührkolben ia 30 g Diglykoldimethyl-Ether
+ 1 g Wasser gelöst und mit 0,9 g naOCH3 in Methanol versetzt. Darauf wurde alles
Methanol im Vakuum über eine anfgesetzte Kolonne bei 800C abdestilliert.
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In diese Suspension wurde nun bei Normaldruck 15 g Epichlorhydrin
gegeben, erwärmt und 1 Stunde bei 800C gerührt. Zuletzt wurde bei 100°C in leichtem
Vakuum alles überschüssige Epichlorhydrin fraktioniert abdestilliert. Nach dem Erkalten
wurde mit 50 ccm H2O + 20 g CFC15 verdünnt und die schwere Schicht abgetrennt und
nochmals mit Wasser gewaschen. Aus dieser schweren Schicht wurden nach Abdampfen
des CFCl3 als Rückstand 6,4 g Substanz abgetrennt, die zum Hauptteil aus dem Epoxyd
bestand.
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Dieses Epoxyd wurde unter Rühren zu einer methanolischen 20 %igen
Lösung von 2,7 g Polyäthylenimin, das ein mittleres Molgewicht von 20 000 besaß,
gegeben und das Gemisch unter Rückfluß 4 Stunden erhitzt. Das entstandene Fluoralkylpolyamin
der mittleren Formel
löst sieh in Isopropanol, Tetrahydrofuran und CCl3F.
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Die Lösungen besitzen eine sehr niedere Oberflächenspannung.
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Wird das bin aus diesen Lösungen uuf Papier aufgebracht, so besitzt
dieses Papier nach de Trocknen vorzügliche Ölabweisungs-und
klebstoffabweisende
Wirkung.
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Aus Eisenoberflächen wird dieses Amin stark absorbiert und schützt
sie vor Korrosion. Als Zusatsstoff für Polierwachse zur Oberflächenbehandlung 2.
B. von Lacken, verleiht es den Oberflächen ölabweisende Eigenschaften.
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Beispiel 11 3 g eines Natriumsalzes der Carbonsäure C18F37.C2H4.COOH,
die in an sich bekannter Verfahrensweise durch radikalische Addition von C18F37J
an Acrylsäuremethylester, anschließender hydrierender Dejodierung mit Zn-Spanen
in Isopropanol und darauffolgender Verseifung in methanolischer NaOh gewonnen wurde,
wurden in 20 g Tetrahydrofuran zusammen mit 0,1 g Benzyltrimethylammoniumchlorid,
das aber auch als Katalystator entbehrlich ist, nit 3 g Epichlorhydrin unter Druck
im Autoklaven und sehr langsamen Erwärmen, innerhalb von 5 Stunden auf t300C unter
Schütteln ungesetzt.
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Nach dem Erkalten wurde alles Lösungsmittel und das überschüssige
Epichlorhydrin im Vakuum abdestilliert. Der Rückstand wurde in 20 g CCl3F aufgenonien
und mit Wasser gewaschen. Nach dem Abs dampfen konnten 3,1 g rohes
erhalten werden. Dieses Spoxyd wurde in Tetrahydrofuran gelöst und zu einer THF-Lösung
von 2,5 g 1,10-Diaminohexen gegeben. Nach 4-stündigem Rückflußkochen und Rühren
konnte ein Amingemisch erhalten werden, daß als Hauptreaktionspordukt C18F37.C2H4.COO.CH2.CH(OH).CH2.NH(CH2)10NH2.
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Dieses Laien besaß fur Eisen eine Korrosininhibitorwirkung in
Gegenwert
von wässriger HCl.
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Seine Salze erniedrigten doe Oberflächenspannung von polaren Flüssigkeiten
auf 11 cyn/cm gemessen nach der Kapillarmethode.
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Als Zusatz zu Pflegewachsen oder auf Papieren wurde eine starke blabseisung
erzielt.
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Beispiel 12 2,7 g des Amingemisches aus Beispiel 11 wurde mit 2,7
g Natriumacrylat in 20 g Methanol im Autoklaven unter Schütteln 2 Stunden lang auf
100°C erhitzt. Nach den Erkalten wurde überschüssiges Lösungsmittel abdestilliert.
Der Rückstand cestand aus einem Gemisch aus
Diese Fluorcarbonsäure senkte in alkalischen Lösungen die Grenzflächenspannung auf
ca 13 dyn/am ab.
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Beispiel 13 Analog zu Beispiel 1 bis 3 wurde das Amin C10F21.C2H4SO2.CH2.CH(OH).CH2.NH.C2H4NH2
herbgestellt.
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10 g dieses Amins wurde zu einer DispersiOn von 4 g 1-Chlor-3,5-diamino-s-triazin
und 2,2 g Pyridin in 20 g Dioxyn unter Rühren gegeben. 4 Stunden WURDE UNTER Rückfluß
gekocht.
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Darauf wurde mit Wasser gewaschen und durch Zentrifugieren und Decantieren
getrennt. Als Rückstand verblieben 13 g festes
Dieses Produkt wurde in 30 com Isopropanol-Wassergemisch 1 : 1
bei pH = 9 mit 16 g 30%iger Formaldehydlösung unter Rühren auf 400C bis zur vollständigen
Lösung (etwa 20 Minuten) umgesetzt, worauf die Lösung auf pH - 7,3 neutralisiert
wurde. Dieses Methylolderivat des oben beschriebenen Bis-aminotriazinderivats ließ
sich aus wässrigen Bädern zusammen mit MgCl2 (20 g/l) auf Textilgewebe aufbringen,
wo es nach dem Vortrocknen bei 80°C (5 Minuten) und Härten bei 150°C (3 Minuten)
eine vorzügliche Wasser- und Ölabweisung erzeugte.
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Ein Baumwollgabardinestück von 230 g/m² mit einer Auflage von 0t2
* berechnet als Fluor, besaß eine Ölabweisung von 130 Punkten (80 ; n-Heptan + 20
% Paraffinöl netzt nicht), die nach 5 Normwäschen zur auf 110 Punkte abfiel.
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Beispiel 14 5 g C7F15.C2H4SH, das analog zu Beispiel 1 hergestellt
wurde, wurde analog zu den Beispielen 1 bis 4 anstelle des Epichlorhydrins mit 1,7
g 1,4-Dichlor-2,3-epoxybutan umgesetzt, und das entstandene Chlorhydrin
anstelle des Diamins mit 0,2 g LiNO3, 40 g NH3 in 200 ccm Äthanol unter Schütteln
bei 16000 12 Stunden im Autoklaven umgesetzt. Vom Reaktionsgemisch wurde nach dem
Erkalten aller Ammoniak und Äthanol abdestilliert. Der Rückstand wurde mit Wasser
aufgenommen und mit Ntronlauge versetzt. Als schwere Schicht fielen 6,2 g des Linins
aus. Das Produkt konnte, wie in Beispiel 6, mit KCNO in den Harnstoff
überführt werden, der in Essigsäure + H2O2, wie in Beispiel 8, zum Sulfonharnstoff
oxidiert wurde. Dieser harnstoff wurde mit stöchiometrischen Mengen Glyoxal bei
pH = 8,5, wie in Beispiel 8 cyklisiert, wobei
erhalten wurde. Nach einer Umsetzung mit Formaldehyd wie in Beispiel , konnte ein
wasserlösliches Methylolderivat
erhalten werden, das aus Lösung von 90,4 % in Wasser, das ca.
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10 % Isopropanol enthielt, zusammen mit 2 % MgCl2 durch Tränken und
Abquetschen auf 90 % Gewichtszunahme auf ein Baumwolle-Polyester-Mischgewebe mit
240 g/m² aufgebracht, bei 80°C 5 Minuten getrocknet und 5 Minuten bei 145°C eingebrannt
wurde. Die Ölabweisung des Teststücks betrug 110 Punkte, die nach 5 Normwäschen
nur auf 80 Punkte abfielen. Ein Zusatz von Trimethylolmelamin ins Imprägnierbad
erhöhte die Waschpermanenz auf 100 Punkte nach 5 Waschen.
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Beispiel 15
die durch katalische Epoxydation mit Wasserstoffperoxyd, nach an sich bekannter
Verfahrensweise hergestellt wurden, wurden zu 11 g 1.3-Diaminopropan getropft und
das Gemisch bis zum Rückfluß 30 Minuten erhitzt. Darauf wurde im Wassersttrahlvakuum
alles Diaminopropan abdestilliert, worauf als Rückstand
erhalten wurden.