DE2105289C3 - Cycloaliphatische Glycidyläther und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Cycloaliphatische Glycidyläther und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
CH
CI~j
ΓΊ,
0-CH2-CH-OJ-CH2-CH CH2
0-CH2-CH-Ol-CH2-CH CH2
CH2Cl I O
CH2Cl
0-CH2-CH-OJ-CH2-CH CH2
0-CH2-CH-OJ-CH2-CH CH2
2. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in einer ersten Stufe in an sich bekannter Weise Epichlorhydrin in Gegenwart von Bortrifluorid-Ätherat
mit einem Gemisch isomerer Cyclododecandiole der Formel
Es ist bekaant, daß durch Einwirkung von Epichlorhydrin
oder Dihalogenhydrinen auf ein- oder mehr-
\ nges 7Us- bzw. Polyphenole, insbesondere auf
^ .ehe χ j , Typ des p.p'-Dihydroxydiphenyldimethyl-
methan λ Gegenwart von Alkali technisch wertvolle
1 densationsprodukte entstehen, die im Molekül
mehr als eine Epoxygruppe enthalten und durch Zusatz basischer, saurer oder katalytischer Hartuagsmittel
in der Kälte oder Wärme gehärtet werden kon-
nen. Im gehärteten Zustand stellen diese Verbindungen unschmelzbare und unlösliche Kunstharze dar, die
sich auf Grund ihrer Eigenschaften besonders als Gießoder Imprägnierharze in der Elektroindustrie als
Kleber und als Schutzüberzüge eignen.
,5 Wesentliche Nachteile dieser Glycidylatber auf der
Basis von Polyphenolen sind für die Anwendung
auf dem Elektroisoliergebiet die beschrankte Knechstrom-
und Lichtbogenfestigkeit und für den Oberflächenschutzsektor
die schlechte UV-Stabihtat, die
sich durch Auskreiden und Verg-lben unangenehm
bemerkbar macht. Man hat daher schon versucht, diese Nachteile durch Verwendung nichtphenohscher,
Epoxydgruppen enthaltender Verbindungen, wie z. B.
von cycloaliphatischen Glycidylestern, oder von Ver-
bindungen, die durch Epoxydation cycloolefinischer
Ringsysteme oder aliphatischer Olefine mittels Persäure erhalten worden sind, zu vermeiden. Diese
Verbindungen weisen zwar nicht die vorgenannten Nachteile auf, doch sind sie für viele technische Anwen-
düngen zu teuer. Weiterhin werden auch Diglycidyläther
von aliphatischen und cycloaliphatischen PoIyolen gebraucht, doch besitzen derartige Verbindungen
nach der Durchliärtung mit geeigneten Härtungsmitteln für die meisten Anwendungen eine zu geringe
Wärmeformbeständigkeit.
Gegenstand der Erfindung sind daher cycloaliphatische
Glycidyläther der Formeln
j-,
O - CH2 — CH — CH2
Π y
45
OH
umgesetzt wird und in einer zweiten Stufe der (die) gebildeten) Chlorhydrinäther in üblicher Weise
mit wäßrigem Alkali dehydrochloriert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Ausgangsmaterial ein Gemisch der isomeren Cyclododecandiole verwendet,
welches bei der Herstellung eines Cyclododecanon/Cyclododecanolhaltigen
Gemisches durch LuftoxydatJon von Cyclododecan erhalten worden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Ausgangsgemisch
der isomeren Cyclododecandiole 95 bis IÖO%ig (Gewicht) ist.
(-CH2-CH-CH2
O
O
/ \
> — CH2-CH — CH2
> — CH2-CH — CH2
CH
L 3
Cl^
0-CH2-CH-Uj-L-Ti2-UM
Die vorliegende Erfindung betrifft neue härtbare cycloaliphatische Glycidyiäther und ein Verfahren
zu deren Herstellung.
O-CHj-CH-Ol·
CH2Cl J
CH2Cl J
C, 3"0-CH2-CH-OJ-CH2-
CH2-CH — CH2
O
CH CH2
2 1OS 289
3 4
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Das Ver- Mit Vorteil verwendet man hierbei solche Gemische
fchren zur Herstellung der neuen Glycidyläther ist isomerer Cyclododecandiole, welche bei der Luftdadurch
gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe in Oxydation von Cyclododecan als Nebenprodukt anan
sich bekannter Weise Epichlorhydrin in Gegenwart fallen.
von Bortrifiuorid-Ätherat mit einem Gemisch iso- 5 Mit Vorteil ersetzt man w der ersten Stufe in an
merer Cyclododecandiole der Formel sich bekannter Weise Epichlorhydrin in Gegenwart
von BF3-Ätherat mit einem Gemisch isomerer Cyclododecandiole
der Formel
OH r-i .OH
to
OH
OH
umgesetzt wird und in einer zweiten Stufe der (die)
gebildete(n) Chlorhydrinäther in üblicher Weise mit um und dehydrochloriert das erhaltene Umsetzungswäßrigem Alkali dehydrochloriert werden. i5 produkt (Chlorhydrinäther) in der zweiten Stufe in Der Gehalt an Cyclododecandiolen soll dabei üblicher Weise mit wäßrigem Alkali gemäß folgendem vorteilhaft 95 bis 100%ig sein. Reaktionsschema:
gebildete(n) Chlorhydrinäther in üblicher Weise mit um und dehydrochloriert das erhaltene Umsetzungswäßrigem Alkali dehydrochloriert werden. i5 produkt (Chlorhydrinäther) in der zweiten Stufe in Der Gehalt an Cyclododecandiolen soll dabei üblicher Weise mit wäßrigem Alkali gemäß folgendem vorteilhaft 95 bis 100%ig sein. Reaktionsschema:
Stufe I
CH2 CH-CH2Cl OH
r-i ,OH \Q/ π ,0-CH2-CH-CH2Ci
L 3 > L Tl U)
HJ^ BF3-Ätherat LJ\O_CH2_CH
OH
¥ OH
.0-CH2-CH-CH2CI
OH
CH2Cl OH
I I
j-| X>—CH2 -CH-O-CH2-CH-CH2CI
H K (3)
)—CH2-CH-O—CH2-CH-CH2Cl
CH2Cl OH
CH2CI OH
O—CH2—CH—O—CH2—CH—CH2C1
OH
Stufe 2
+2NaOH rL·-"""^2 CH
/itl
)—CH2-CH CH2
+2 NaOH _n/O~~CH2~CH CH2
+2NaCI+ 2H2O (6)
+2NaOH
CH2Cl O^
Ο—CH2-CH-O-CH2-CH CH2
Ο—CH2-CH-O-CH2-CH CH2
)-CK2-CH-O-CH2-CH — CH:
CH2Cl
+2NaOH
CH2Cl O
Ο—CH2-CH-O-CH2-CH CH2
OH
Bezogen auf die Aasgarrgssj-nterialien werden bei
einer Ausbeute vce 95 bi- rUQ% ohne zusätzliche
Reinigung Umsätze ^r-n etwa 72 bis 75%, bezogen
auf den reinen »«e£,iseyiäther, erhalten, woraus zu
ersehen ist, dal- '; Reaktion bevorzugt gemäß den
Formulierungen 1 und 5 verläuft. Die so erhaltenen cycloaliphatiscben Glyciäylätaer sind farblose, bei
Raumtemperatur leicht viskose Flüssigkeiten mit einem Viskositätsbereich von 700 bis 850 Centipoise
bei 25° C und einem Epoxydgruppengebalt von 0,46 bis 0,48 pro 100 g Produkt Bei der Verarbeitung und
Härtung t den für Epoxydharzen üblichen Härtimgsmiucin
verhalten sich die erfindungsgemäßen cycloaliphatischen Glyddyläther analog den konventionellen
Glycidyläthern auf der Basis von PoIyphenoien, und es werden Produkte mi* sehr guten
mechanischen Eigenschaften und ausgezeichneter Kriechstrom- und Lichtbogenfestigkeit und UV-Stabilität
erhalten.
Das für das erfindungsgeraäße Verfahren verwendete
Gemisch isomerer Cycled odecandiole wird bei der Herstellung von Cyclcdodecanon/Cyclododecanol
durch Luftoxydation von Cyclodcdecan gewonnen. Dabei wird das Oxydatioiisgemisch des Cyclododecans
nach üblicher Weise durch Destillatior vom Cyclododecanol/-on-Gemisch abgetrennt Der zurückbleibende
Rückstand wird bei möglichst hohem Vakuum weiterdestilliert und von den Harzen und nichtfiüchtigen
Produkten abgetrennt Das so erhaltene Rohdestillat wird iß einer Fraktionierkolonne getrennt,
wobei die Hauptfraktion bei 20 Torr zwischen 190 und 220" C aufgefangen wird. Dieses Produkt,
das für die Herstellung der beanspruchten neuen härtbaren Glycidyläther eingesetzt wird, besteht aus
dem Gemiscb der isomeren Cyclododecanole und
waist vorteilhafterweise einen Gehalt an Diol von 95 bis 100% auf. Das auf diese Weise gev.onuene
Material stellt gegenüber den bisher verwendeten
ordentlich billiges Aasgangsprodakt für die Herstellung
von Epoxydharzen dar, die überraschenderweise trotz der komplexen isomeren Verteilung hervorragende
mechanische und elektrische Eigenschaften sowie eine ausgezeichnete Wittenings- und UV-Stabilität
aufweisen.
Zur Herstellung höhermolekularer Harze als Bindemittel für Oberäächenscautzmittel können die erfindungfgemäßeri
isomsren cyclo^'iphaiischen Glycidyläther
mit Bisphenole«, AisMsa oder Dicarbonsäuren
oder deren Anhydriden in stöchiometrischen Verhältnissen umgesetzt werden. Zur Erhaltung der
hervorragenden UV-Stabilität verwendet man vorzugsweise
Dicarbonsäuren oder deren Anhydride. Die Härtung der höäermolekalaren Glyeidyläther
kann mit den für die Härtung von Epoxydharzlacken üblichen Härtungsmitteln, durch Kombination mit
Hamstoff-Formaldeh>u-Harzen,Melaminharzen oder
Acrylharzen und nachfolgendes Einbrennen oder
nach Veresterung mit ungesätigten lufttrocknenden
Fettsäuren durch oxydative Trocknung erfolgen.
Weiterhin können die erfiiidungsgemäßen isomeren
•so cycloaliphatischen Glycidyläther in behäbigen Verhältnissen
mit herkömmlichen Epoxydharzen gemischt werden, wobei die Zusammensetzung dem
jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden kann. Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen das
erfindungsgemäße Verfahren.
In einem Reaktionsgefäß, ausgestattet mit einem
Rührer, einem Rückflußkühler, einem Thermometer und einem Tropftrichter, werden 200 Gewichtsteile
(1 Mol) eines Gemisches aus isomeren Cyclododecandiolen, wie es bei der Luftoxydation vonCydododecan
zu CyclododecanoV-on erhalten wird, vgl. die schwei-
zerische Patentschrift 510 599, in 400 Gewichtsteilen
Benzol durch Erwärmen aui 3twa 800C gelöst und mit
1 ml BF3-Ätherat (48%ig) versetzt. Bei der gleichen
Temperatur werden nun unter intensivem Rühren innerhalb von 70 Minuten 180 Gewichtsteile (2 Mol)
Epichlorhydrin eingetragen. Das Reaktionsgemisch wird nach Beendigung der Epichlorhydrinzugabe noch
weitere 30 Minuten bei 800C gerührt. Nach Neutralisation
des Katalysators mit Natronlauge wird das Benzol abdestilliert und der Rückstand bei 6O0C mit
400 Gewiditsteilen (2^ Mol) einer 22%igen wäßrigen
Natronlauge versetzt Das heterogene Gemisch wird iJAnn imtor intMioiiHun P'fihrgfl auf \(\*k°C2 pruuärmt
und 1 Stunde bei dieser Temperatur gerührt. Nach Abstellen des Rührers bilden sich sofort zwei Phasen.
Di> untere wäßrige Schicht bestehend aus einer gesattigten Kochsalzlösung und dem überschüssigen
Alkali, wird abgetrennt Anschließend wird d;is in de
organischen Schicht noch enthaltene A' ili mn
10%iger Schwefelsäure bk zum pH-Wer! von 7 neutralisiert,
das restliche enthaltene Wassei im Vakuum
entfernt und der Rückstand bei etwa 50 ι über ».· π
Fikerbiiäsmitte! filtriert Es werde« 295 bis 312 Gewichtsteile,
entsprechend einer Ausbeute vo· 95 bi^
7 8
1CO%, isomeres Glycidyläther-Gemisch mit den nach- Epoxydäquivalent 210 bis 216
folgenden Eigenschaften erhalten: Spez. Gewicht bei 20° C 1,081
.Viskosität bei 250C 700 bis 850 Centipoise
Epoxydzahl....'. 0,462 bis 0,475 Farbzahl nach Gardner ....
< 1
(entsprechend 5 Gesamtchlorgehalt <5%(Gewkht)
72 bis 74% der Theo- Hydrolysierbares Chlor
<0,3·/· (Gewicht)
rie, bezogen auf den Wassergehalt < 03% (Gewicht)
reinen Diglycidyl-
äther) Anzahl Eposydgruppen pro 100g Produkt.
Mechanische und elektrische Eigenschaften des erfirndungsgeraäßen isomeren GlycidyJäther-Gemisches mit
verschiedenen Härtungsmitteln nach der Durchhärtung.
Harz gemäß | Harz gemäß | Harz gemäß | Harz gemäß | Harz gemäß | |
Beispiel
* |
Beispiel | Beispiel | Beispiel | Beispiel | |
Härter · | MNA*) | MNA | PSA**) | PSA | TETA***) |
Harz/Härterverhältnis in | 100:83,5 | 100:83,5 | 100:69 | 100:i9 | 100:11,4 |
Gewichtsteilen | |||||
Füllstoffe | 300 Teile | 30OTdIe | |||
Quarzmehl | Quarzmehl | ||||
Verarbeitungstemperatur | 8O0C | 8O0C | 1200C | 1200C | R.T. |
Verarbeitungszeit | 70Min. | 50 Min. | 240 Min. | 240 Min. | 77 Min. |
Zugfestigkeit (VSM 77101), kp/cm2 Bruchbiegefesti^keit, |
720 | "90 | 820 | 700 | 680 |
(DIN 53 452), kp/cm2 | 840 | 820 | 930 | 1040 | 1130 |
Schlagzähigkeit | |||||
(DIN53453),cmkp/cm2 | 20 | 7 | 19 | 10 | 12 |
Shore-Härte D bei 200C | |||||
Ε-Modul (aus der Durch | 87 | 94 | 87 | 93 | 86 |
biegung bei 4 mm berech | 29,5 · 103 | 88,5 · 103 | 28 · 10s | 90,5 · 103 | 28 103 |
net), kp/cm2 | |||||
ReI. Dielektrizitätskonstante | |||||
bei 50 Hz | 3,0 | 3,6 | 3,3 | 3,6 | 3.0 |
Dielektrischer Verlustfaktor | |||||
tg δ bei 20°C | 0,3 ΙΟ'2 | 1,6· ΙΟ" 2 | 0,4 ■ 10"2 | 1,9 · KT2 | 0,9 · 10"2 |
50Hz | |||||
IQOOOHz | |||||
Spezif. Durchgangswider | 0,6-HT2 | 0,9 · 10"2 | 0,6 ■ 10"2 | 0,9 ·10~z | 1,7-10"2 |
stand bei lOGG V, δ · cm | 4,3 · 1012 | 4,1 · 1012 | 3,2 · iO12 | 4,2 · W2 | 3,5 ■ 1012 |
(Fortsetzung)
K «rz gemäß
Beispiel |
Harz gimSR
Beispiel |
Harz gemäß
Beispiel |
Harz gemäß
Beispiel |
Harz gemäß
Beispie! |
Vergleichs
versuch |
|
Kriechstromfestigkeit (VDE 0303/1) |
Stufe KA3c |
Stufe KA3c |
Stufe KA 3c |
Stufe KA3c |
Stufe KA 3c |
Stufe KA3a (*KA 1) |
Lichtbogenfestigkeit (VDE 0303/5) Durchschlagsspannung kV/cm (Spannungssteigerung ζ -V/Sek.) |
L4 220 |
L4 235 |
L4 215 |
L4 215 |
L4 230 |
-) melhylnadiesäureanbydrid.
··) Phthalsäureanhydrid,
*·*) Triäthylentetramin.
Aus der Tabelle ist zu ersehen, daß durch Härtung des erfindungsgemäßen Gemisches isomerer Glycidyläther mit für Epoxydharze üblichen Härtungsmitteln,
wie Mcthylnadicsäureaahydrid, Phthalsäureanhydrid und/oder Triäthylentetramin, neben guten mechanischen Eigenschaften ausgezeichnete elektrische Eigenschaften erhalten werden, insbesondere sind ihre
Lichtbogen- und Kriechwegfestigkeit denjenigen der konventionellen Epoxydharze, z. B. auf der Basis von
üpichlorhydrin und ρ,ρ'-Dihydroxydiphenyldimethylmcthan, überlegen. Es wurde ein Harz aus p,p'-Dihydroxydiphenyldimethylmethan und Epichlorhydrin
und Phthalsäureanhydrid, bei * noch zusätzlich mit 300 Teilen Quarzmehl vermischt, verwendet.
Die Werte für die bekannten Harze sind somit eindeutig schlechter als diejenigen, die unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Verbindungen erzielt werden.
100 Gewichtsteile des nach dem Beispiel erhaltenen Gemisches isomerer Glycidyläther mit 17 Gewichtsteilcn cis-Hexahydrophthalsäure unter Rühren und
Luftabschluß auf 13O0C und Zugabe von 0,03 Ges wichtsteilen Benzyitrimethylammoniumchlorid sowie
nochmaliges Erhitzen auf 100°C und Rühren des Gemisches bei dieser Temperatur hergestellt, so erhöht
man nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur ein farbloses Harz mit einem Epoxydgruppengehalt von
ίο 0,201 pro 100 g und einer Säurezahl von Null, das
zusammen mit Äthylendiamin als Härtungsmittel ausgezeichnete Schutzüberzüge ergibt, die nach 72stündiger Bestrahlung mit einer UV-Lampe keine Vergilbung zeigen. Ahnliche Schutzüberzüge, hergestellt
aus einem konventionellen Epoxydharz auf der Basis von Epichlorhydrift und ρ,ρ'-DihydroxydipbenyIdimethylmethan unter Verwendung des gleichen Härtungsmittels, zeigen nach der gleichen Beanspruchung
eine starke Vergilbung.
Claims (1)
1. Cycloaüphatische Glycidy lather der Formeln O
<x
,0 — CH2-CH CH2
ι ι
Ο CH2 CH CH2
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