DE2020419C3 - Acrylmonomere und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Acrylmonomere und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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- C08F291/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to macromolecular compounds according to more than one of the groups C08F251/00 - C08F289/00
Description
in der Ri ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe
ist
Diese neuen Acrylmonomeren zeichnen sich durch eine gute Polymerisierbarkeit, besonders durch aktinisches
Licht und durch ionisierende Bestrahlung, aus und sind zur Herstellung von vernetzten Überzügen auf
zahlreichen Substraten geeignet. Gegenüber Überzügen aus den aus der GB-PS 11 35 647 bekannten
ungesättigten Estern besitzen Überzüge aus den neuen Acrylmonomeren eine höhere Härte und eine höhere
Kratzfestigkeit.
Bevorzugte Acrylmonomere gemäß der Erfindung sind Acryloxypivalyl-acryloxypivalat und Methacryloxypivalyl-methacryloxypivalat.
Die Erfindung umfaßt auch gemischte Acrylsäure-Methacrylsäureester von Hydroxypivalylhydroxypivalat und auch Gemische von
mehreren dieser Acrylmonomeren.
Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zur
Herstellung dieser neuen Acrylmonomeren, bei dem man ein Diol der Formel
CH3 CH3
HOCH2CCH2OCO-C-CH2Oh
CH3 CH3
in an sich bekannter Weise mit Acrylsäure, Methacrylsäure oder deren Anhydriden oder Chloriden umsetzt.
Man führt die Reaktion im allgemeinen bei Temperaturen von etwa 50 bis etwa 150° C, vorzugsweise von
etwa 95 bis etwa 100°C durch. Das Molverhältnis
zwischen saurer Verbindung und Diol ist etwa 2 :1 bis 10:1. Vorzugsweise verwendet man etwa 2 bis etwa 2$
MoI der sauren Komponente auf 1 MoI Dioi.
Die Reaktion wird in Gegenwart eines sauren Katalysators, wie Schwefelsäure, p-Toluolsulfonsäure, Phosphorsäure, Chlorwasserstoffsäure, durchgeführt Der Katalysator wird in der Regel in Mengen von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht der Reaktionsteilnehmer, verwendet
Die Reaktion wird in Gegenwart eines sauren Katalysators, wie Schwefelsäure, p-Toluolsulfonsäure, Phosphorsäure, Chlorwasserstoffsäure, durchgeführt Der Katalysator wird in der Regel in Mengen von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht der Reaktionsteilnehmer, verwendet
In den meisten Fällen verwendet man außerdem einen Inhibitor gegen die Bildung freier Radikale, um ein
Gelieren der Reaktionsteilnehmer zu verhindern. Man kann hierfür jeden Inhibitor verwenden, der die Bildung
freier Radikale verhindert, beispielsweise Hydrochinon, Methylchinon, p-Methoxyphenol. Der iKiiibitor wird in
Mengen von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht der Reaktionsteilnehmer,
verwendet
Man führt die Reaktion durch, indem man das Diol, einen Teil der sauren Komponente, den Katalysator und
den Inhibitor zusammengibt und erhitzt Es empfiehlt sich sehr, die saure Komponente in Anteilen zu dem
Gemisch hinzuzugeben. Man kann etwa 50% der Gesamtmenge der sauren Komponente mit drtn Diol
zusammengeben, während der Reif der sauren Komponente im Verlauf der Reaktion hiniugefügt werden
sollte. Es wurde als günstig festgestellt, daß, wenn 50%
der sauren Komponente zusammen mit dem Diol eingebracht wird, der Rest der Komponente Ober eine
Zeitspanne von 'Λ Stunde bis etwa 6 Stunden
eingetropft werden kann.
Es wurde gefunden, daß die saure Komponente, wenn
sie nicht anteilweise zugesetzt wird, zum Polymerisieren
neigt und daß das entstehende Polymerisat sich im Reaktionsgemisch ausscheidet und die Reaktionsausbeute
stark verringert Die Folge ist, daß die Anlage durch das Polymerisat verstopft wird und es sehr
schwierig ist, das Reaktionsprodukt zu reinigen. Wenn die saure Komponente in voller Menge auf einmal
zugesetzt wird, ist deshalb die Ausbeute an Monomeren viel geringer als nach der oben beschriebenen
Arbeitsweise.
Es ist zweckmäßig aber nicht notwendig, ein Lösungsmittel zu verwenden, um das Wasser, das sich
bei der Reaktion zwischen dem Diol und der sauren Verbindung bildet, azeotrop zu entfernen. Die Reaktion
nimmt einen glatteren Verlauf, wenn ein die azeotrope Entfernung des Wassers bewirkendes Lösungsmittel
verwendet wird. Als Lösungsmittel kann man einen beliebigen aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen
Kohlenwasserstoff verwenden. Besonders gut brauchbare Lösungsmittel sind beispielsweise
Hexan, Pentan, Cyclopentan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Xylol oder Gemische dieser Verbindungen.
Bevorzugt verwendet man als Lösungsmittel Cyclohexan. Das Lösungsmittel kann, wenn seine Verwendung
zweckmäßig ist, in einer Menge von etwa 1 bis etwa 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Reaktionsgemisch,
angewandt werden.
Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten neuen Acrylmonomeren können in Gegenwart freie
Radikale bildender Katalysatoren oder durch Bestrahlen homopolymerisiert oder mit anderen Monomeren,
beispielsweise Acrylmonomeren, wie Alkylacrylaten und Alkylmethacrylann copolymerisiert oder anderen
Polymeren zugesetzt und in Mischung mit diesen verwendet und zusammen gehärtet werden. Um
Produkte von größerer Biegsamkeit zu erhalten, kann man den neuen Acrylmonomeren als Polymere Polyalkylacrylate,
wie Poly(äthylacrylat), Poly(2-äthylhexylacrylat) und Poly(butylacrylat) und Vinylpolymere und
Copolymere, wie Vinylchlorid-Vinylacetat Copolymere, zusetzen. Die Biegsamkeit der Produkte kann auch
dadurch verbessert werden, daß man Cellulosepolymere, wie Celluloseacetatbutyrat, mit den Acrylmonomeren
nach dieser Erfindung härtet. So können die Acrylmonomeren nach der Erfindung mit anderen
Monomeren oder Polymeren gemischt und das Gemisch durch Verwendung von Peroxyd oder indem man es der
Behandlung mit aktinischem Licht oder einer ionisierenden Bestrahlung unterwirft, gehärtet werden.
Der Ausdruck »Bestrahlung« bedeutet eine energiereiche Bestrahlung und/oder eine Bestrahlung mit
Sekundärenergien, die bei der Umwandlung von Elektronen oder einer anderen Teilchenenergie in
Röntgenstrahlen oder gamma-Strahlen entsteht Wenn auch Bestrahlungen verschiedener Art wie Röntgenstrahlen
und gamma-Strahlen, geeignet sind, so hat sich gezeigt, daß eine Bestrahlung mit beschleunigten
energiereichen Elektronen sehr einfach und mit guter Wirtschaftlichkeit anwendbar ist und zu sehr guten
Ergebnissen führt Jedoch kann jede Bestrahlung, unabhängig von ihrer Art und von der Vorrichtung, mit
der sie erzeugt wird, angewendet werden, wenn die ionisierende Bestrahlung mindestens etwa 100000
Elektronenvolt stark ist
Wenn auch keine obere Grenze gegeben ist bis zu der die Elektronenenergie angewandt werden kann, so kann
gesagt werden, daß in der Praxis das gewünschte Ziel erreicht werden kann, ohne daß man über 20 000 000
Elektronenvolt hinausgehen muß. Allgemein ist die Eindringtiefe in die kompakte oder massive Stniktur der
zu behandelnden Stoffe um so größer je mehr Elektronenenergie man anwendet. Für andere Bestrahlungsarten,
z. B. solche, bei denen gamma-Strahlen und Röntgenstrahlen verwendet werden, sind Energiesysteme
oder Energien, die dem obengenannten Elektronenvoltbereich entsprechen, gut brauchbar.
Der Ausdruck »Bestrahlung« schließt auch ein, was nach dem Stand der Technik als »ionisierende
Bestrahlung« bekannt ist Diese wird als eine Bestrahlung definiert die mindestens eine so große Energie
besitzt daß Ionen erzeugt und chemische Bindungen aufgebrochen werden können. Hierunter fallen Bestrahlungen,
wie die »ionisierende Teilchenbestrahlung« sowie Bestrahlungen vom Typ der »ionisierenden
elektromagnetischen Bestrahlung«.
Die Monomeren nach der vorliegenden Erfindung und die Gemische dieser Monomeren können auch
durch Anwendung freier Radikale polymerisiert und gehärtet werden. Bei diesem Verfahren werden
radikalische Katalysatoren zugesetzt und die Monomeren durch Erwäimen polymerisiert Man kann jeden der
üblichen radikalischen Katalysatoren verwenden, z. B. organische Peroxyde, organische Hydroperoxyde oder
deren Ester. Als Beispiele seien genannt: Benzoylperoxid, tert-Butylperbenzoat tert-Butylhydroperoxid,
Cumolhydroperoxid, Azo-bis(-isobutyronitri!}. Man verwendet die Katalysatoren im allgemeinen in einer
Menge von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Monomere oder das Monomerengemisch.
Die Monomeren und die Katalysatoren können zum Zwecke der Härtung erwärmt werden. Obwohl die
Härtungstemperatur für jedes Monomere verschieden ist, wendet man in der Regel Temperaturen von etwa 24
bis etwa 149° C an, um die Härtung der Monomeren durch die freien Radikale zu bewirken.
In vielen Fällen kann es zweckmäßig sein, ohne die Anwendung externer Wärme zu polymerisieren. In
diesen Fällen setzt man einen Beschleuniger zu. Geeignete Beschleuniger sind Kobaltsalze, z. B. Kobaltoctoat
oder Kobaltnaphthenat, und Beschleuniger vom Amin-Typ, z. B. Ν,Ν-Dimethylanilin, N-Äthyl-N-oxäthyl-m-äthylanilin
und N-Propyl-N-oxäthyl-m-methylanilin.
Die neuen Acrylmonomere können auch zusammen mit einer Reihe anderer copolymerisierbarer äthylenisch
ungesättigter Monomere oder mit polymeren Verbindungen unter Anwendung freier Radikale gehärtet
werden.
Die durch die Polymerisation der erfindungsgemäßen neuen Monomeren erhaltenen Polymeren oder Copolymeren
sind hervorragend als Überzüge für alle Arten von Unterlagen verwendbar. Sie können als Schutz-Überzüge
für Holz bei der Herstellung von Wandplatten, als Überzüge für Kunststoffe bei der Herstellung
von Bodenplatten, als Überzüge auf Metallen, wie Aluminium und Stahlplatten, und als Überzüge für
andere Unierlagen verwendet werden und haben den Vorteil einer hohen Anschmutzfestigkeit Kratzfestigkeit,
Wetterbeständigkeit sowie einer hohen Beständigkeit gegen Chemikalien, wie Säuren und Basen. Die
gehärteten Überzüge haben einen hohen Vernetzungsgrad. Die Überzüge sind weiterhin relativ biegsam,
besonders wenn die Umsetzung mit einer nichtpolymerisierbaren Sture durchgeführt wird, und können
dauerhafte Verbindungen mit einer Reihe von Unterlagen eingehen.
Die Überzüge können hergestellt werden, indem man das Monomere nach einem der üblichen Verfahren auf
sine Unterlage aufträgt, z, ß, durch Aufwalzen, Auffließenlassen,
Aufbürsten oder Aufsprühen.
Der mit dem Überzug versehene Gegenstand kann dann dadurch gehärtet werden, daß man entweder dem
Überzug Peroxyd zusetzt oder den Überzug der Behandlung mit aktinischem Licht oder einer ionisierenden
Bestrahlung unterwirft Bemerkenswerterweise haben viele der Monomeren eine äußerst niedrige
Viskosität, wt: sie leicht auftragbar macht, wenn sie als
Überzüge verwendet werden sollen.
Man verwendet bevorzugt eine ionisierende Strahlung, um die Monomeren zu polymerisieren, weil es auf
diese Weise möglich ist, die Überzüge mit äußerster Geschwindigkeit zu polymeriseren und das zeitraubende
Einbrennen auszuschalten, und weil, da die Anwendung einer ionisierenden Strahlung kein Erwärmen
erfordert, die Gefahr ausgeschaltet ist, daß durch hohe Temperaturen eine wärmeempfindliche Unterlage
beschädigt wird.
Es ist weiterhin bemerkenswert, daß die Anwendung einer ionisierenden Strahlung keine Lösungsmitte!
erfordert, was die Gefahr verringert, daß sicli giftige und
explosive Lösungsmitteldämpfe bilden, und daß die unter Anwendung einer ionisierenden Strahlung gebildeten
Überzüge in weit höherem Grad vernetzt sind und daß sie im allgemeinen fester sind als die in
herkömmlicher Weise gehärteten Überzüge.
Die folgenden Beispiele zeigen spezifische Ausführungsformen für die vorliegende Erfindung. Alle in den
Beispielen und in der Beschreibung genannten Teile und Prozentsätze sind, soweit nichts anderes gesagt ist,
Gewichtsteile und Gewichtsprozente.
Man beschickt ein Reaktionsgemäß mit 7140 g Hydroxypivalylhydroxypivalat der Formel
CH1
CH,
11OCH2CCH2OCo-C-CH2OH
CH3
CH3
100 ecm Cyclohexan zu und destilliert 28,6 g Wasser ab.
Als Endprodukt erhält man nach der Reinigung Methacryloxypivalylmethacryloxypivalat
Das Produkt hat eine Farbzahl nach Gardner von 1+
und einen Aschegehalt von 66 ppm.
Man beschickt ein Reaktionsgefäß mit 204 g Hydroxypivalylhydroxypivalat,
19,8 g Acrylsäure, 23,7 g Methacrylsäure, 33 g Hydrochinon, 1,9 g Schwefelsäure und
50 g Cyclohexan. Man erwärmt das Reaktionsgemisch auf 99° C und tropft während einer Zeitdauer von 30
Minuten 59,5 g Acrylsäure und 71,1 g Methacrylsäure is ein. Man setzt die Reaktion 5 Stunden fort Während
dieser Zeit setzt man 85 ecm Cyclohexan zu und entfernt 34,5 g Wasser. Man isoliert das entstandene
Acrylat-Methacrylat und reinigt es in gleicher Weise
wie die in Beispiel 1 und 2 beschriebenen Monomeren. Das Produkt ist neutral (Säurezahl 0) und hat eine
Hydroxylzahl von 56,6, eine Farbzahl nach Gardner von 3+, eine Gardner-Holdt-Viskosität ;on A- und einen
40
45
1190 g Cyclohexan, 1324 g Acrylsäure, 62,2 g Schwefelsäure
und 124,4 g Hydrochinon. Man erwärmt das Reaktionsgemisch unter Rückfluß auf 93° C und tropft
während einer Zeitdauer von 30 Minuten 3972 g Acrylsäure bei 980C ein. Man setzt die Reaktion 4
Stunden fort. Während dieser Zeit setzt man 2730 g Cyclohexan zu und destilliert 1235 g Wasser ab. Nach
einer Reinigung durch Waschen erhält man Acryloxypivalylacrjloxypivalat
als Endprodukt in einer Ausbeute von 90%.
Das Produkt ist neutral (Säurezahl 0) und hat eine Farbzahl nach Gardner von 2, eine Gardner-Holt-Viskosität
von A - und einen Aschegehalt von 88 ppm.
6o
Man beschickt ein Reaktionsgefäß mit 204 g Hydroxypivalyloxypivalat,
47,4 g Methacrylsäure, 3,9 g Hydrochinon, 1,9 g Schwefelsäure und 50 g Cyclohexan. Man
erwärmt das Reaktionsgemisch unter Rückfluß auf 1000C und tropft 142,1 g Methacrylsäure während einer
Zeitdauer von 35 Minuten ein. Man setzt die Reaktion 4'/2 Stunden fort, Während dieser Zeit setzt man
hält von 0
B e i s ρ i e I 4
Man härtet das nach Beispiel 1 hergestellte Acryloxypivalylacryloxypivalat auf die folgende Weise:
Man bedeckt eine Stahlplatte mit einem Gemisch aus 100 Teilen des Acryloxypivalylacryloxypivalats nach
Beispiel 1 (aus dem man das Hydrochinon entfernt hat) und 1 Teil Cumolhydroperoxyd. Man erwärmt das
Gemisch in einer Stickstoffatmosphäre 30 Minuten lang auf 77°C. Das gehärtete Produkt ist ein harter, kratz-
und anschmutzfester Film.
Man härtet die Acrylmonomeren nach Beispiel 1, 2 und 3, indem man sie in der folgenden Weise einer
ionisierenden Bestrahlung unterwirft:
Man trägt die Monomeren auf Aluminiumscheiben a'jf und unterwirft sie einer Behandlung mit Elektronenstrahlen
bei einer Beschleunigungsspannung von 400 Kilovolt und einer Stromstärke von 16 Milliampere.
Man wendet auf die Filme eine Gesamtdosis von 4 Megarad an. Die gehärteten Filne haben eine
ausgezeichnete Kratzfestigkeit. Sie sind sehr hart und widerstehen der Anschmutzung durch Tinte, Thimerosal
und Senf.
Man polymerisiert ein Gemis9h von 75 Teilen des
nach Beispiel 1 hergestellten Acryloxypivalylacryloxypivaiats und 25 Teilen 2-ÄthyIhexylacrylat, indem man es
einer Behandlung mit Elektronenstrahlen bei einer Beschleunigungsspannung von 400 Kilovolt und einer
Stromstärke von 16 Milliampere unterwirft. Man wendet auf die Filme eine Gesamtdosis von 4 Megarad
an. Das erhahene Copolymere ist hart, kratzfest und
wird nur sehr schwach von Tinte, Thimerosal und Senf angeschmutzt
Vergleichsversuch
Es wurden folgende Acrylmonomere in ihrer Eignung in Überzugsmassen verglichen:
7 8
Vergleichssubstanz
CH2=CHCOCH2CH2CH2CH2CH2CH2OCCH = Ch2
O O
1,6-Hexandiol-diacryiat (HDDA)
Erfindung
CH3 CH3
CH2=-CHCOCH2 C CH2OC — C CH2OCCII ™CH2
!I I Il I Il
O CH, O CH, O
Acryloxypivalyl-acryloxypivalat (APAP)
Es wurden Überzugsmassen hergestellt, indem eines dieser Monomeren mit dem Fhoioinitiaior isobucyibetizoinäther(IBBÄ)
wie folgt gemischt wurde:
Zusammensetzung A
HDDA
IBBÄ
HDDA
IBBÄ
Zusammensetzung B
APAP
IBBÄ
APAP
IBBÄ
49,50 g 0.50 g
49,50 g 0,50 g
Jede Überzugsmasse wurde auf ein vorbehandeltes Aluminiumblech aufgetragen und mit einer Geschwindigkeit
von 30,5 m/min durch eine Stickstoffatmosphäre geführt, wobei diese Atmosphäre etwa 1500 ppm
Sauerstoff enthielt. Während dieses Durchgangs wurde uer uucr^ug ucri EuiwiiMing vui'i üiüäviüiciiciVi LtCti
ausgesetzt, das aus einer Quecksilbermitteldrucklampe die bei 200 Watt/2,54 cm betrieben wurde, stammte.
Der Überzug der Zusammensetzung A war nacr dieser Behandlung weich und käsig, versagte sehr stark
bei dem Kratzfestigkeitstest mit 50g nach Bell (mi
2s einem spitzen Stift) und versagte stark bei der Prüfung
der Bleistifthärte 4H. Der Überzug aus der Zusammen Setzung B war etwas weich, besaß aber einen vie
bessere«. Zusammenhang als derjenige aus der Zusam mensetzung A. Beim Kratzfestigkeitstest mit 50 g nacr
Bell verblieb nur eine geringe Spur auf dem Überzug aus der Zusammensetzung B. Den Bleistifttest 4h
überstand der Überzug aus der Zusammensetzung B zi etwa 50%.
Claims (1)
1. Acrylmonomere der Formel
CH3 CH3
CH2=C-COOCH2-C-CH2-OCO-C-CH2OOC-C=Ch2
R1 CH3 CH3 R1
in der Ri ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe
ist
2. Verfahren zur Herstellung eines Acrylmonomeren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Diol der Forme]
2. Verfahren zur Herstellung eines Acrylmonomeren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Diol der Forme]
CH3 CH3
HOCH2CCH2OCO — C-CH2OH
CH3 CH3
in an sich bekannter Weise mit Acrylsäure, Methacrylsäure oder deren Anhydriden oder Chloriden
umsetzt.
Gegenstand der Erfindung sind Acrylmonomere der Formel · *
CH3 CH3
CH2 = C-COOCH2-C—CH2-OCO-C—CH.OOC— C=CH2
I ! Il
R1 CH3 CH3 R1
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DE2020419A1 DE2020419A1 (de) | 1971-01-14 |
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---|---|---|---|
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Free format text: DOWBENKO, ROSTYSLAW CHRISTENSON, ROGER MORRIS, GIBSONIA, PA., US |
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