DE2214581B2 - Polyglycidylether, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung - Google Patents
Polyglycidylether, Verfahren zu deren Herstellung und deren VerwendungInfo
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Description
CH2
CHj
-CH-CH2-O-CH-CH2-O
-CH2-CH-O-CH2-CH
CHj
CH2-O-CH2-CH CH2
2. Verfahren zur Herstellung von Polygiycidyläthem der Formel
CH2-O-CH2-CH CH2
/ \
CH2 CH-CH2-O-CH2,
O-R-0
/
CH2-O-CH2-CH
CH2
worin R, X, m und π die im Anspruch 1 angegebene Bedeutung besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß
man Verbindungen der Formel (Γ)
(HOCH2),
O—R—O
(CH2OH),
in welcher die Gruppe R' entweder die Bedeutung von R aufweist oder für eine durch Glycidylierung
mit Epihalogenhydrin und Abspaltung von Halogenwasserstoff in R überführbare Gruppe steht in
Gegenwart eines Alkalimetallhydroxides in an sich bekannter Weise mit Epihalogenhydrin umsetzt und
3. Verwendung der Polyglycidyläther gemäß Anspruch 1 im Gemisch mit üblichen Härtungsmitteln und gegebenenfalls mit Epoxidharzen auf
Bisphenol-A-Basis als Lack-, Gieß-, Tauch- oder Imprägnierharzkomponente.
Mehrkernige Phenole, wie Bisphenol A und Novolake, sind die am meisten verwendeten Zwischenprodukte
für die heute in der Technik gebräuchlichen Epoxidharze. Carbonylverbindungen, z. B. Aceton, Cyclohexanon,
Formaldehyd Glyoxal oder Acrolein, dienen zur Verknüpfung von Phenolen bei Erhaltung der Hydroxylgruppe. Durch Veretherung dieser Gruppe mit
Epichlorhydrin in Gegenwart von Natronlauge entstehen die erwähnten Kunstharze. Diese zeigen bei
gewissen Anwendungen nach ihrer Härtung nicht immer befriedigende Eigenschaften; insbesondere erweisen sie sich in Form von Beschichlungcn und
Überzügen, welche starken mechanischen Kräften oder Chemikalien ausgesetzt sind, oft als zu wenig resistent.
Für flüssige Epoxidharze auf Basis Bisphenol-A wird
von der verarbeitenden Industrie ein immer höherer Reinheitsgrad und eine immer niedrigere Viskosität
verlangt. Das hat dazu geführt, daß die heute angebotenen Harze vielfach einen sehr hohen Gehalt an
monomerem Bisphenol-A-diglycidyläther aufweisen
und deshalb zur Kristallisation neigen, wenn sie bei niedriger Temperatur gelagert und/oder durch Zugabe
von Füllstoffen, Pigmenten etc. die Kristallisation angeregt wird. Man versucht nun durch geeignete
Zusätze die Kristallisationstendenz des Harzes herabzusetzen. Von einem kristallisationsljemmenden Zusatz
wird verlangt, daß er die Kristallisation des Harzes
sicher verhindert, alle anderen Eigenschaften des Harzes aber soweit wie möglich unverändert läßt,
Überraschenderweise weisen nun bestimmte Epoxidharze, welche verätherte Phenolgruppen mit Glycidyl-
oxymethylgruppen enthalten, diese Eigenschaft auf und
führen zugleich zu Produkten mit besseren mechanischen Eigenschaften; ferner sind sie auch chemisch
resistenter.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit neue Polyglycidyläther der Formel (I)
O-R-0
(CH2-O-CH2-CH CH2),,
worin R eine Alkylen- oder Alkylenylgruppe mit 2 bis 6 15 oder für ein Chlor- oder Bromatom, m für O11 oder 2 und
Gruppe oder eine Bisphenol-A-Gruppe bedeutet, X für Formel
eine Alkylgruppe mit höchstens 12 Kohlenstoffatomen
CH2
O
CH3 O
^0-CH2-CH-O-CH2-CH CH2
CH3 CH2
CH2-O-CH2-CH CH2
\
CH2-O-CH2-CH CH2
Die Verbindungen der Formd (I) sind viskose, flüssige >■>
die geringe Neigung zur Kristallisation aus, durch oder niederschmelzende feste Harze von gelber bis welche sie sich auszeichnen,
brauner Farbe. Günstig für ihre Verarbeitung wirkt sich
CH2 CH-CH2-O-CH2
CH2-O-CH2-CH
CH2
/ \
CH2-CH- CH2
CH2 CH-CH2-O-CH2-J- Lo_CHl_iH_CH2-O-C VCHJ-°-CH'-C" CH2 (lll)
CH2 CH-CH2-O-CH2
il J)-O-CH2-CH = CH -CH2-O-
CH, CH-CHj-O-CH2
0-CHj-CH = CH-CHj-O-
CH3
O
CH2-CH CH2
-CH2-O-CHj-CH CH2 (V)
Λ/ '
CH2
CH2
O 0
CH2-CH CH2
ο ο
CH2-O-CH2-CH CH2 H2C CH-H2C-O-CH,
0-CH-CH = CH-CH2-O-
CH2-O-CH2-CH CH2 H2C CH-CH2-O-CH2
ο ο
CH3
C-CH3
CH3
O 0
CH2 CH-CH2-O-CH2^ JLo-(CHJ1-O-I 4"CH2-O-CH2-CH CH2
O 0
O CH2-CH CH2 H2C HC-H2C-O
ι ι
CH2 CH2
CH2 0
CH2 CH
0-CH2-CH-CH2-O-0
CH2
CH2
CH
CH2 O
CH2 CH
/ CH2
/ CIl2
CH2 CII-CH2-O-CH-CH2-O
CH2
O
O
CII,
CH,
/ \
O -CH2-CH -O CH2-CH CH2
O -CH2-CH -O CH2-CH CH2
CII2
O (IX)
O Il O
C H, - 0 - C H2- C Il C H2 Cl I2-O-CH2-CH CH2
Die neuen Verbindungen werden eifindungsgemiil.! dadurch hergestellt, daß man Verbindungen der Formel (Γ)
SS/
X,„
(HOCH;),,
O — R' — O
(CH2OH),,
in welcher die Gruppe R' entweder die Bedeutung von R aufweist oder für eine durch Glycidylierung mit
Epihalogenhydrin und Abspaltung von Halogenwasserstoff in R überführbare Gruppe steht, in Gegenwart
eines Alkalimetallhydroxides in an sich bekannter Weise mit Epihalogenhydrin umsetzt und Halogenwasserstoff
abspaltet.
Vorzugsweise setzt man pro Hydroxylgruppe 2 bis 5 Mol Epichlorhydrin ein. Mit Vorteil wird die
Glycidylierung unter azeotroper Entfernung des Wassers in Gegenwart eines HCI-Acceptors, gegebenenfalls
in Gegenwart eines Katalysators, durchgeführt. Als Katalysatoren eignen sich quaternäre Ammoniumhalogenide,
wie z. B. Tetramethylammoniumchlorid, Tetraäthylammoniumbromid oder Benzyltrimethylammoniumchlorid.
Als HCl-Acceptor dient Alkalihydroxyd, am einfachsten
NaOH- in äquivalenter Menge oder in schwachem Überschuß (5—20%). Höhere Überschüsse führen zur
Verseifung von Epichlorhydrin und zur Verunreinigung des Reaktionsproduktes durch Polyglycerin. Zweckmäßigerweise
wird die Natronlauge als konzentrierte wäßrige Lösung während der azeotropen Entwässerung
unter vermindertem Druck zugesetzt; Wasser, das als Lösungsmittel für NaOH dient, und solches, das bei der
Reaktion gebildet wird, wird auf diese Weise laufend aus dem Reaktionsgemisch entfernt. Das bei der Reaktion
gebildete Kochsalz wird entweder ausgewaschen oder abzentrifugiert und das überschüssige Epichlorhydrin
gegebenenfalls im Vakuum abdestilliert
Die Ausgangsverbindungen der Formel (Γ) können erhalten werden, indem man ein Phenol mit 1 —3 Molen
Formaldehyd in alkalischem Medium so schonend umsetzt, daß die Bildung von Polykondensationsprodukten
möglichst vermieden wird. Die erhaltenen Na-hydroxymethylphenolate bzw. deren Gemische
werden mit einer organischen Dihalogenverbindung, der der Rest R der oben gegebenen Definition
entspricht umgesetzt Gegebenenfalls kann der Rest R in situ aus Vorprodukten erst gebildet werden. Bei
diesem Verfahren verwendbare Phenole müssen mindestens eine freie ortho- oder para-Position haben;
vorteilhaft sind 2 freie (2,4 :2,6) oder gar 3 freie (2,4,6),
unsubstituierte Positionen. Beispiele verwendbarer Phenole sind Phenol, m-KresoI, p-t-Butylphenol, Nonyl-
phenol, Dodecylphenol, 2-Chlorphenol und 2,4-Dibromphenol.
Der Formaldehyd wird zweckmäßig in Form einer wässerigen 30- oder 37prozentigen Lösung
angewendet.
Als Alka'lhydroxyd wird am besten Natriumhydroxyd
in konzentrierter wässeriger Lösung angewendet. Zur Bildung des Hydroxymethylphenols genügt im Prinzip
eine solche Menge, daO man den pH-Wert wenigstens auf 8 einstellen kann. Für die nachfolgende Reaktion des
Hydroxymethylphenols mit der Dihalogenverbindung ist hingegen eine äquivalente Menge NaOH erforderlich.
Es ist daher am einfachsten, diese schon bei der Formaldehydanlagerung anzuwenden. Diese Reaktion
wird am besten im Temperaturbereich zwischen 20 und 1000C, vorzugsweise bei 60°C, ausgeführt. Sofern keine
vollständige Hydroxymetnylierung erreicht wird, erhält man im allgemeinen Gemische von stellungsisomeren
Hydroxymethylverbindungen.
Beispiele geeigneter Reagenzien zur Verbrückung der Hydroxymethylphenole sind 1,2-Dibromäthan,
1,6-Dichlor-n-hexan, M-Dichlorbuten^, Glycerin-13-dichlorhydrin
und Epichlorhydrin.
Zum »In-situ«-Aufbau des Restes der Verbindung der Formel IX (Beispiel 8) wird Bisphenol A in Kombination
mit Epichlorhydrin verwendet
Die erwähnten Dihalogenverbindungen kann man vielfach mit wässerigen Lösungen der Hydroxymethyl-Na-phenolate
umsetzen. In manchen Fällen sind a..s Gründen der Löslichkeit organische Lösungsmittel,
beispielsweise Isopropanol oder Butanol, vorzuziehen.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Polyglycidyläther im
Gemisch mit üblichen Härtungsmitteln und gegebenenfalls mit Epoxiharzen auf Bisphenol-A-Basis als Lack-,
Gieß-, Tauch- oder Imprägnierharzkomponente. Übliche Härtungsmittel sind z. B. Carbonsäureanhydride,
Verbindungen mit mehreren beweglichen Wasserstoffatomen, wie Polyamine, Polythiole und mehrbasische
Säuren. Gegebenenfalls unter Wärmeeinwirkung erfolgt die überführung in den unlöslichen und unschmelzbaren
Zustand. Auch anionische Polymerisationskatalysatoren,
z. B. BF3 und seine Komplexe, oder
kationische, z.B. tertiäre Amine eignen sich zum Herbeiführen und zur Beschleunigung der Härtung.
Gegenüber den meisten der genannten Härtungsmittel
erweisen sich die erfindungsgemäUen Verbindungen als
reaktionsfähiger als jene Epoxide, die Glycidyläther mehrwertiger Phenole sind (Resorcin, Bisphenol A,
Novolake). Ihre hohe Reaktivität verbunden mit guter Flexibilität machen sie besonders als Lackharze,
Gießharze, Tauch- und Imprägnierharze geeignet. Infolge ihrer hohen Funktionalität kann nach der
Hi»rtung ein hohe Vernetzungsdichte erreicht werden.
Beispielsweise kann man mit aliphatischen oder cycloaliphatischen Polyaminen Beschichtungen und
Überzüge mit ausgezeichneter Chemikalienbeständigkeit erzeugen.
Die Polyvalenz vieler der erfindungsgemäßen Epoxidharze ermöglicht auch die Härtung mit nur
bifunktionellen Härtungsmitteln. Beispiel solcher Härter sind primäre aliphatische Monoamine, wie Butylamin,
Benzylamin oder Anilin, sowie Verbindungen mit zwei Mercaptogruppen, wie Äthandithiol oder 2,2'-Dimercaptodiäthyläther.
Solche Verbindungen ergeben beispielsweise mit dem Diglycidyläther von Bisphenol A
nur schmelzbare, lösliche Polyaddukte.
Den Epoxidharzen kann man übliche Zusätze beimischen, wie aktive Verdünner zur Herabsetzung der
Viskosität, Streck-, Füll- und Verstärkungsmittel, wie auch Pigmente, Farbstoffe, Weichmacher, Verlaufmittel,
Thixotropiermittel, flammhemmde Stoffe.
Speziell für die Anwendung auf dem Lackgebiet können die neuen Polyglycidyläther ferner in bekannter
Weise mit Carbonsäuren, wie insbesondere höheren ungesättigten Fettsäuren partiell oder vollständig
verestert werden. Es ist ferner möglich, solchen Lackharzformulierungen andere härtbare Kunstharze,
zum Beispiel Phenolplaste oder Aminoplaste, zuzusetzen.
Die Herstellung der härtbaren Mischungen kann in üblicher Weise mit Hilfe bekannter Mischaggregate
(Rührer, Kneter oder Walzen) etc, erfolgen.
Die härtbaren Epoxidharzmischungen finden ,iren
Einsatz vor allem auf den Gebieten des Oberflächenschutzes, der Elektrotechnik, der Laminierverfahren
und im Bauwesen. Sie können in jeweils dem speziellen Anwenduugszweck angepaßter Formulierung, im ungefüllten
oder gefüllten Zustand, gegebenenfalls in Form von Lösungen oder Emulsionen, als Anstrichmittel,
Lacke, als (Wirbel) Sinterpulver, Preßmassen, Spritzgußformulierungen, Tauchharze, Gießharze, Imprägnierharze,
Bindemittel und Klebstoffe, als Werkzeugharze, Laminierharze, Dichtungs- und Spachtelmassen,
Bodenbelagsmassen und Bindemittel für mineralische Aggregate, verwendet werden. Bevorzugt ist ihre ■">
<> Verwendung für den Oberflächenschutz und Gießharze.
In den nachfolgenden Beispielen bedeuten, wenn nichts anderes angegeben ist, Teile Gewichtsteile und
Prozente Gewichtsprozente. Volumenteile und Gewichtsteile verhalten sich zueinander wie Millimeter zu «
Gramm.
Beispiel 1
Epoxidharz gemäß Formel (III)
Epoxidharz gemäß Formel (III)
Man mischt 188 Teile Phenol mit 210 Teilen 30%iger wässeriger Formaldehydlösung und tropft unter Rühren
84 Teile 50%ige wässerige Natronlauge zu. Sobald die Temperatur des Reaktionsgemisches 50° C erreicht hat,
hält man sie dort durch äußere Kühlung. 2 Stunden nach dem Ende des Natronlaugezusatzes erwärmt man auf
90°C und tropft 102 Teile Epichlorhydrin zu. Durch eine schwach exotherme Reaktion beginnt das Reaktionsgemisch
zu kochen und trübt sich. Man läßt während einer Stunde schwach unter RückfluOkühlung und unter
Rühren kochen.
Danach setzt man weitere 1387 Teile Epichlorhydrin zu und destilliert über einen Wasserabscheider, der die
Abscheidung der spezifisch leichteren Phase (Wasser) und die Rückführung der schwereren Phase (Epichlorhydrin)
gestattet. Während der azeotropischen Entwässerung reduziert man nach und nach den Druck so weit,
bis sich eine Siedetemperatur von 55°C einstellt. Man trennt 90 Teile Wasser ab und tropft unter fortlaufender
azeotroper Destillation bei 50—550C 15 Teile 5O°/oige
wässerige Tctramcthylammoniumchloridlösung und 264 Teile 50%ige wässerige Natronlauge zu. Nach Ende des
Natronlaugezusatzes entwässert man das Gemisch vollständig (totale Wasserabscheidung: 420 Volumteile
Wasser), filtriert vom ausgeschiedenen Kochsalz ab und wäscht die Reaktionslösung mit 100 Volumenteilen
einer wässerigen Lösung, die 10% Monunatriumphosphat enthält. Danach wird das überschüssige Epichlorhydrin
auf einem Rotationsverdampfer bei 120° C und 15 Torr abdestilliert und das zurückgebliebene Harz
noch warm über »Cellite« zwecks Klärung filtriert. Man erhält in quantitativer Ausbeute 478 Teile eines
mittelviskosen, blaßgelben Harzes mit folgenden Kenndaten:
Gefunden: Berechnet:
Epoxidgehalt 5,74 6,36
(Äquivalente pro Kilogramm)
(Äquivalente pro Kilogramm)
Chlorgehalt (%) 1.0 0
Gehalt an verseifbarem Chlor 0,056 0
Mittleres Molekulargewicht 526 472
Viskosität bei 25 C (eP) 8000
Farbzahl nach Gardner& lloldt 4
Das Harz eignet sich insbesondere als nichtkristallisierendes Gießharz und Basisharz für Formlinge und
ferner zur Herstellung von chemikalienbeständigen Beschichtungen.
Beispiel 2
Epoxidharz gemäß Formel (IV)
Epoxidharz gemäß Formel (IV)
940 Teile Phenol, 1100 Teile 30%ige wässerige Formaldehydlösung und 800 Teile 50%ige wässerige
Natronlauge werden, wie im vorhergehenden Beispiel beschrieben, während 2 Stunden bei 50° C umgesetzt.
Danach tropft man bei 60° C unter Rühren und unter äußerer Kühlung 625 Teile l,4-Dichlorbuten-2 zu und
läßt 2 Stunden bei dieser Temperatur nachreagieren. Nach dem Abkühlen erhält man ein 3-phasiges System:
ölphase, Wasserphase und Salzbrei. Die beiden unteren Phasen werden 2mal mit je 925 Teilen Epichlorhydrin
extrahiert und mit der ölphase vereinigt, welcher weitere 2775 Teile Epichlorhydrin zugesetzt werden.
Man entwässert die Lösung durch azeotrope Destillation über ein Phasentrenngefäß unter reduziertem
Druck bei einer Siedetemperatur bei 55° C, tropft 50
Teile einer 50%igen wässerigen Lösung von Tetramethylammoniumchlorid
und sodann 880 Teile einer 5O°/oigen wässerigen Natronlauge zu. Nach dem Ende
des Zusatzes der Lauge setzt man die azeotrope Destillation bis zur vollständigen Entwässerung fort,
kühlt auf Raumtemperatur, filtriert vom ausgeschiedenen Kochsalz ab und wäscht mit 200 Teilen einer
100%igen Lösunp von Mononatriumpnosphat in Wasser. Nach dem Abdestillieren von Epichlorhydrin bei
I2O°C/15 torr auf dem Rotationsverdampfer hinterbleiben
1640 Teile (79,6% der Theoiie) eines hochviskosen
rotbraunen Harzes mit folgenden Kenndaten:
Gefunden: | Berechnet: | |
Hpoxidgehalt | 4,62 | 4,85 |
(Äquivalente pro Kilogramm) | ||
/ '!.!..-„»U..!* tat \ ν tiiui^i'iiii I /o/ |
1 i\C\ | η V/ |
Davon verseifbar (%) | 0,06 | 0 |
Mittleres Molekulargewicht | 432 | 412 |
Viskosität bei 25 C" (cP) | 172 000 | - |
Farbzahl nach Gardner& Holdt | 12 | |
Das Harz kann wie im BeisDiel | 1 erwähnt | verwendet |
werden.
Beispiel 3
Epoxidharz gemäß Formel (V)
Epoxidharz gemäß Formel (V)
Man verfährt gleich wie im Beispiel 2, bringt jedoch
anstelle von 1100 Teilen 2000 Teile 30%ige wässerige Formaldehydlösung mit 940 Teilen Phenol und 880
Teilen 50%iger wässeriger Natronlauge zur Reaktion.
Man erhält nach der Umsetzung mit 1,4-Dichlorbuten
und mit Epichlorhydrin 2295 Teile (78,6% der Theorie) eines gelben, viskosen Harzes mit folgenden Kenndaten:
sung bei 55-6O0C zu und läßt 1 Stunde bei 6O0C
nachreagieren. Während dieser Periode ändert sich die Farbe von anfänglich Gelbbraun über Orange nach
Gelbgrün. Man tropft 468,75 Teile ,/»-Dichlorbutene
im Verlauf von 45 Minuten bei 600C und läßt 6 Stunden bei dieser Temperatur nachreagieren, wobei sich große
Mengen des kristallisierten Zwischenproduktes bilden. Man kühlt auf Zimmertemperatur ab, trennt die
Kristalle auf der Zentrifuge ab, wäscht gut mit Wasser und trocknet bei 70°C im Vakuum. Man erhält 1765
Teile (99,7% der Theorie) der Tetramethylolverbindung vom Schmelzpunkt 170-1710C.
118,5 Teile dieses Zwischenproduktes weiden in 925
Teilen Epichlorhydrin in der Siedehitze gelöst, 10 Teile einer 50%igen wässerigen Lösung von Tetramethylammoniumchlorid
zugesetzt und der Druck allmählich so weit erniedrigt, daß sich eine Siedetemperatur von 800C
einstellt. Unter azeotroper Wasserabscheidung werden 88 Teile 50%ige wässerige Natronlauge zugetropft, das
Reaktionsgemisch gut entwässert, filtriert, mit NaH2PC>4-Lösung gewaschen und vom überschüssigen
Epichlorhydrin am Rotationsverdampfer bei 1200C und
15 torr befreit. Man erhält in quantitativer Ausbeute 174
Teile eines hochviskosen, dunkelroten, klaren Harzes mit folgenden Kenndaten:
Gefunden: Berechnet:
Epoxidgehalt 4,53 5,74
(Äquivalente pro Kilogramm)
(Äquivalente pro Kilogramm)
Chlorgehalt (%) 1,98 0
Davon verseifbar (%) 0,23 0
Mittleres Molekulargewicht 650 696
Viskosität bei 25 C (cP) 144000 -
Farbzahl nach Gardner&Holdt 14
Das Harz kann wie im Beispiel
werden.
werden.
erwähnt verwendet
Gefunden: Berechnet:
F.poxidgehait | 6,06 | 6,8i |
(Äquivalente pro Kilogramm) | ||
Chlorsehalt (%) | 1,1 | 0 |
Davon verseifbar (%) | 0,08 | 0 |
Mittleres Molekulargewicht | 613 | 584 |
Viskosität bei 25 C (cP) | 16400 | - |
Farbzahl nach Gardner& Holdt | 5 |
Das Harz kann wie im Beispiel 1 erwähnt verwendet werden.
Beispie! 4
Epoxidharz gemäß Formel (VI)
Epoxidharz gemäß Formel (VI)
Man löst 300 Teile festes Natriumhydroxid in 5960 Teilen Wasser und setzt 1125 Teile 4-t-ButyIphenol
unter Rühren zu. Man tropft im Verlauf von 1 Stunde 1237,5 Teile einer wässerigen 37%igen Formaldehydlö-
4-) Beispiel 5
Epoxidharz gemäß Formel (VII)
376 Teile Phenol und 440 Teile 30%ige wässerige Formaldehydlösung werden vorgelegt und 320 Teile
v> 50%ige Natronlauge eingetropft. Man läßt die Temperatur
bis 6O0C ansteigen und kondensiert während 2 Stunden bei 6O0C. Man setzt 310 Teile 1,6-Dichlorhexan
zu und erhitzt während 20 Stunden zum Sieden. Danach setzt man 1850 Teile Epichlorhydrin zu und entfernt 550
Teile Wasser durch azeotrope Destillation bei 90—950C. Man reduziert den Druck allmählich auf 120
torr und stellt auf diese Weise eine Siedetemperatur von 55—600C ein. Unter fortlaufender Destillation über das
Phasentrenngefäß tropft man 20 Teile einer 50%igen wässerigen Lösung von Tetramethylammoniumchlorid
und sodann 352 Teile 50%ige wässerige Natronlauge. Nach der Aufarbeitung wie in den vorhergehenden
Beispielen erhält man 177,1 Teile eines Harzes mit einem Epoxidgehalt von 3,11 Äquivalente/kg, einer
Viskosität von 140 cP bei 25" C und mit einer Farbzahl nach Gardner & Holdt von 4.
Das Harz kann wie im Beispiel 1 erwähnt verwendet werden.
Epoxidharz gemäß Formel (X):
CH2 CH-CH2-O-CH2
Cl
CH2-O -CH-CH2
0-CH2-CH-CH,-O
4-CH3-O-CH2-CiI ' C11
Man mischt 257 Teile o-Chlorphenol mit 210 Teilen
30%iger wässeriger Formaldehydlösung und tropft unter Rühren 84 Teile 50%ige wässerige Natronlauge
zu. Sobald das Reaktionsgemisch eine Temperatur von 50"C erreicht hat, hält man diese durch äußere Kühlung.
Eine Stunde nach dem Ende des Natronlaugezusatzes erwärmt man rasch auf 900C und tropft 102 Teile
Epichlorhydrin zu. Durch eine schwache exotherme Reaktion beginnt das Reaktionsgemisch zu kochen.
Nach erfolgtem Epichlorhydrinzusatz läßt man das Reaktionsgemisch noch während einer Stunde schwach
unter Rückflußkühlung und Rühren kochen.
Danach setzt man weitere 1387 Teile Epichlorhydrin und 15 Teile 50%ige wässerige Tetramethylammoniumchloridlösung
zu und des. iilliert über einen Wasserabscheider, der die Abscheidung der spezifisch leichteren
Phase (Wasser) und die Rückführung der schweren Phase (Epichlorhydrin) gestattet. Durch Druckreduzierung
stellt man für die azeotropische Entwässerung eine Siedetemperatur von 50—55°C ein. Nach 30 Minuten
Kreislaufdestillation trennt man 187 Volumen-Teile Wasser ab und tropft unter fortlaufend azeotroper
Destillation bei 50—550C Siedetemperatur in der Zeit
von 2 Stunden 264 Teile 50%ige wässerige Natronlauge zu. Nach dem Ende des Natronlaugezusatzes entwässert
man das Gemisch vollständig (totale Wasserabscheidung: 367 Volumenteile), filtriert vom ausgeschiedenen
Salz ab und wäscht die Reaktionslösung mit 100 Volumenteilen einer 10%igen wässerigen Mono-natriumphosphatlösung.
Danach wird das überschüssige Epichlorhydrin an einem Rotationsverdampfer bei 120°C und 20 Torr abdestilliert und das zurückgebliebene
Harz noch warm über ein Filterhilfsmittel aus Kieselgur zwecks Klärung filtriert. Man erhält 482 Teile
eines mittelviskosen, hellbraunen Harzes mit folgenden Kennzahlen:
Gefunden: Berechne!
Epoxidgehalt 4.87 5.51^
(Äquivalente pro Kilogramm)
Chlorgehalt (%) 13.44 13.11
Gehalt an verseifbarem Chlor O.Od
Viskosität bei 25 C (cP) 43 800
Farbzahl nach Gardner & I lolclt '
Beispiel 7
Epoxidharz gemäß folgender Strukturformel (Xl).
Epoxidharz gemäß folgender Strukturformel (Xl).
O H inCq
CH1 CH-CH7-O-CH2
CH,-O -CH-CH
U I)-O-CH2-CH-CH2-O-L
,H1, O
CH-O-CH1-CH —
CH,
440 Teile Nonylphenol, 210 Teile 30%ige wässerige
Formaldehydlösung und 84 Teile 50%ige wässerige Natronlauge werden wie im Beispiel 1 beschrieben, bei
einer Reaktionstemperatur von 500C umgesetzt Anschließend hält man das Reaktionsgemisch noch weitere
3 Stunden auf 500C, erhöht dann auf 900C und tropft
während einer ·/« Stunde unter Wegnahme des Heizbades 102 Teile Epichlorhydrin zu. Jetzt läßt man
das Reaktionsgemisch noch eine 3A Stunde schwach
unter Rückflußkühlung und Rühren kochen, setzt dann weitere 1387 Teile Epichlorhydrin und 15 Teile einer
wässerigen 50%igen Tetramethylammoniumchloridlösung dem Ansatz zu.
Bei einer Siedetemperatur von 50—55° C und einer
azeotropen Destillation über ein Phasentrenngefäß werden, wie in den vorhergehenden Beispielen ausführlich
beschrieben, 264 Teile einer wässerigen 50%igen C14O5Hn, (Xl)
Natronlauge zugegeben. Nach totaler Entwässerung konnten 350 Teile Wasser abgetrennt werden.
Eine bereits in den vorhergehenden Beispielen beschriebene Aufarbeitung ergab 685 Teile mittelviskoses
Harz mit folgenden Kennzahlen:
Gefunden: Berechnet:
60
Epoxidgehalt 3.07
(Äquivalente pro Kilogramm)
Chlorgehalt (%) 0.45
Gehalt an verseifbarem Chlor 0.12
Viskosität bei 25 C (cP) 38 800
Farbzahl nach Gardner&Holdt 5
4.14
Beispiel 8
Epoxidharz gemäß Formel (IX):
188 Teile Phenol, 210 Teile 30%ige wässerige Formaldehydlösung und 164 Teile 50%ige wässerige
Natronlauge werdcA wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, bei einer Reaktionstemperatur
von 50° C umgesetzt Danach fügt man dem Reaktionsgemisch 228 Teile Bisphenol A zu, erhöht die
Reaktionstemperatur auf 90° C und tropft während einer Stunde unter Wegnahme des Heizbades 194 Teile
Epichlorhydrin ein. Durch eine schwache exotherme Reaktion beginnt das Reaktionsgemisch zu kochen, und
wird während der Eintropfphase immer dickflüssiger. Man läßt noch 1 Stunde bei 90° C nachreagieren, setzt
weitere 1850 Teile Epichlorhydrin zu und entfernt durch azeotrope Destillation bei einer Siedetemperatur von
50—55°C vorhandenes Wasser. Unter fortlaufender Destillation über ein Phasentrenngefäß tropft man unter
gleichbleibenden Bedingungen 20 Teile einer 50%igen wässerigen Tetramethylammoniumchloridlösung und
sodann 352 Teile einer 50%igen wässerigen Natronlau
ge zu. Nach der Aufarbeitung, wie in den vorhergehen den Beispielen beschrieben, erhält man 812 Teile eine
hochviskosen Harzes mit folgenden Kennzahlen:
Gefunden: Berechnet
10
15
20
Epoxtdgehalt 4,12 4,92
(Äquivalente pro Kilogramm)
(Äquivalente pro Kilogramm)
Chlorgehalt (%) 0,4
Verseifbares Chlor (%) 0,164
Viskosität bei 250C (cP) > 100 000 -
Mittleres Molekulargewicht 871
Farbzahl nach Gardner&Holdt 3 -
Epoxidharz folgender Strukturformel (XII) entspre chend:
O H3C
/ CH2-CH
CH2
Γ Ij-O-CH2-CH-CH2-O-L
CH3
CH2-O-CH2-CH CH2
C21H36O, (XII)
Es werden 530 Teile technisches Kresol-Isomerengemisch
mit 450 Teilen 30%iger wässeriger Formaldehydlösung gemischt. Unter Rühren tropft man 200 Teile π
50%ige wässerige Natronlauge so zu, daß durch äußere
Kühlung die Temperatur des Reaktionsgemisches 50° C nicht übersteigt. Man rührt das Reaktionsgemisch noch
weiter bei Raumtemperatur über Nacht, erwärmt anschließend auf 60° C und tropft bei dieser Temperatur
232 Teile Epichlorhydrin zu. Das Reaktionsgemisch wird noch unter Rühren 2 Std. auf 600C gehalten.
Danach setzt man weitere 1525 Teile Epichlorhydrin und 500 Teile (50 - 60° C) Wasser zu, rührt gut durch und
trennt in einem Schneidetrichter die untere, organische ■>'>
Phase ab. Dieser werden nach der Zugabe von 133
Teilen einer 50%igen wässerigen Tetramethylammoniumchloridlösung bei einer Siedetemperatur von
50—55° C und einer azeotropen Destillation über ein
Phasentrenngefäß, wie in den vorhergehenden Beispie- v>
len ausführlich beschrieben, 480 Teile einer wässerigen 50%igen Natronlauge zugegeben. Nach totaler Entwässerung konnten 360 Teile Wasser abgetrennt werden.
Eine bereits mehrmals beschriebene Aufarbeitung ergab 1017 Teile dunkelbraunes, zähflüssiges Harz mit
folgenden Kennzahlen:
Epoxidgehalt 4,5
(Äquivalente pro Kilogramm)
Chlorgehalt (%) 0,4
Gehalt an vcrseifbarem Chlor 0.14
Viskosität bei 25 C (cP) 262(KK)
Farbzahl nach Gardner* Holdt 13
6,0
Beschichtungsver suche
Anwendungsbeispiel A
100 Teile des im Beispiel 1 beschriebenen Epoxidhar zes werden mit 39 Teilen eines Härters, der aus einen
mit Phenol beschleunigten Addukt von Trimethylhexa triethylendiamin und einem flüssigen Epoxidharz au
Basis von Bisphenol A und Epichlorhydrin besteht homogen gemischt Diese Mischung hat bei 25°C eint
Viskosität von ca. 600OcP. Beschichtungen mit diesel
Mischung weisen bei einer applizierten Trockenfilmdik ke von 160—180 μ eine hellgelbe Eigenfarbe auf. Si<
benötigen in dieser Schichtdicke bei einer Temperatui von 20° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 6594
ca. 4 Std. bis zur Durchhärtung. Nach 24 Stunden betrag'
unter diesen Bedingungen die Pendelhärte nach Perso; 207" und nach einem Monat wird ein Tiefungswert nach
Erichsen von 5 mm gemessen. Nach einer einmonatiger Alterung bei 60° C beträgt der Erichsen wert immer noch
3 mm.
Die Werte des lmpactestes betragen nach einet
Alterung von 1 Monat/200 C und 1 Monat/60" C
50 cm/kg. Der Dornbiegetest mit dem 15-mm-Dorr weist bei gleichbleibenden Alterungszeiten und Här
tungstemperaturen einen Wert von 120<£° auf.
Filme auf dieser Basis appliziert besitzen nach lOtägiger Härtung bei 20° C Beständigkeit geger
Heißwasser, verdünnten anorganischen Säuren, wässerige neutrale und alkalische Lösungen sowie geger
aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe.
100 Teile des im Beispiel 6 beschriebenen Epoxidharzes werden mit 33 Teilen des im Beispiel A
beschriebenen Härters homogen gemischt. Die Viskosität dieser Mischung beträgt bei 200C ca. 40 00OcP
030 139/6!
von 1 Monat/20" C und 1 Monat/60" C ein Wert von
60 cm/kg erzielen.
Ein auf dieser Basis applfzierter Film besitzt nach
lOtägiger Härtung bei 20° C Beständigkeit gegen Heißwasser, verdünnten anorganischen Säuren, wäßrige neutrale und alkalische Lösungen sowie gegen
aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe.
Appliziert man diese Mischung in einer TrockenfHmdikke von 160—180 μ, so benötigt sie zur Durchhärtung bei
20° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65% ca, 4
Stunden. Bei diesen Bedingungen beträgt nach 24 Std. die Pendelhärte (Persoz) 165" und nach einem Monat
der Tiefungswert (Enchsen) 5 mm. Nach einer einmonatigen Alterung bei 60° C beträgt der Erichsenwert noch
1 mm. Mit dem Impactest läßt sich nach einer Alterung
gut vermischt Die Mischungen werden in Aluminiumformen (10 X 44 X 133 mm) vergossen und bei 120 C bzw.
40 C ausgehärtet Die Eigenschaften der Gießlinge sind aus folgender Tabelle ersichtlich:
Anwendungs- | 100 g Methylol | g Aminhärter | Phthalsäure | Biegefestigkeit | Schlagbiege- | Mechanische | Wasserauf- |
Beispiel | glycidyläther | je 100 g | anhydrid je | VSM 77 103, | fesligkeit | Formbestän | nahme |
gem. Beispiel | Methylol- | 100 g Methylol | kg/mm2 | VSM 77 105, | digkeit in der | nach | |
glycidylälher | glycidyläther | cmkg/cm3 | Wärme nach | 1 Stunde, | |||
Martens | 100 C | ||||||
DIN 53458 | |||||||
Nr. | Nr. | in C | |||||
C | I | 11 | 74 | 13,4 | 4,8 | 80 | 0,60 |
13,3 | 9,1 | 57 | 2,1 | ||||
D | 2 | 17,4 | 57 | 6,4 | 4,8 | 45 | 0,44 |
flexibel | 1,92 | ||||||
E | 3 | 18 | 67 | 17,0 | 6,9 | 62 | 0,48 |
13.8 | 6,8 | 47 | 3,30 | ||||
F | 4 | zu reaktiv | 57 | 15,2 | 9,3 | III | 0,24 |
G | 6 | 18.4 | 60 | 10,5 | 3,0 | 92 | 0,5 |
15,7 | 7,' | 61 | 1,06 | ||||
Il | 7 | 11,8 | 40 | 9,7 | 4,7 | 47 | 0,44 |
3,25 | 40 | 1,36 | |||||
I | 8 | 52 | 7,2 | 5,3 | 103 | 0,32 | |
K | 9 | 19,6 | 66 | 11,6 | 3,6 | 90 | 0,32 |
10,7 | 2,9 | 60 | 2,03 |
Je 40 Teile Harz der Formel III und der Formel (XIII)
O
o CH2 CH2-CH2-O-CH2
CH,
/ \
CH2 0-CH2-CH CH2
Vo-CH2-CH2-O-CH2-
CH-
\
CH2
θ' (XIlI)
werden mil 60 Teilen flüssigem, auf Bisphenol A basierendem Epoxidharz (Epoxidgruppengehalt 5,4
ÄquivVkg, Viskosität 11 500 cP bei 25°C) versetzt.
Die so hergestellten Harzmischungen L (mit Harz der Formel III) und M (mil Harz der Formel XIII) werden
im Vergleich mit dem unmodifizierten flüssigen, auf Bisphenol-A basierenden Basishar;' allein folgenden
Prüfungen unterzogen:
a) Bestimmung der Kristallisationstendenz
(vgl. Tab. 2)
Dazu werden 90 g der zu prüfenden Harze bzw. Harzmischungen mit 10 g Butylglycidyläther verdünnt
auf + 1O0C abgekühlt, bei dieser Temperatur mit 1,5 g
reinem, kristallinem Bisphenol-A-diglycidyläther angeimpft und bei dieser Temperatur in einer Weithals-
Schraubdeckelflasche gelagert, Es wird die Zeit bis zum
vollständigen Erstarren der Probe gemessen.
b) Härtung mit aUphatischem Polyamin
(vglTab,3)
Das zu prüfende Harz wird bei Raumtemperatur mit der stöchiometrischen Menge an Triäthylentetramin
gemischt An einem Teil dieser Menge wird als Masse ι ο für die Reaktivität die Zeit gemessen, in der unter
isothermen Bedingungen bei 400C die Viskosität auf 3000 cP (Hoeppler-Kugelfall-Viskosimeter) ansteigt
Diese Zeit wird als Gebrauchsdauer bei 400C bezeichnet Der Rest der Mischung wird in auf 400C
vorgewärmte Metallformen zur Herstellung von Platten mit den Abmessungen 130 χ130 χ 4 mm und von
Prüfstäben mit den Abmessungen 120x 15x10 mm vergossen und die Mischung dann in diesen Formen
während 24 Sld bei 400C ausgehärtet Nach dem
Abkühlen werden die so hergestellten Formstoff-Platten und -Stäbe aus den Formen entnommen und zur
Herstellung von Prüfkörpern für die Bestimmung der in der folgenden Tabelle zusammengestellten Eigenschaften verwendet
c) Härtung mit cycloaliphatischem Polyamin
Das zu prüfende Harz wird wieder bei Raumtempera- jo
tür mit der stödi'ometrischen Menge des unter der
Bezeichnung »Laromin C 260« bekannten cycloaliphatischen Polyamine (Hersteller BASr) gemischt Es wird
weiterhin wie unter a) beschrieben verfahren, nur das nach der Härtung bei 400C noch wählend 6 Stunden bei r>
1000C nachgehärtet wird.
d) Härtung mit Hexahydrophthalsäureanhydrid
(vgl Tab, 5)
Das zu prüfende Harz wird auf ca, 8O0C erwärmt, mit
der stöchiometrischen Menge an Hexahydrophtbalsäureanhydrid versetzt und 1 phr, tert-Amin als Härtungsbeschleuniger zugesetzt An einem Teil der Mischung
wird unter isothermen Bedingungen die Zek bis zum Erreichen einer Viskosität von 150OcP bei 8O0C
gemessen (Hoeppler-Kugelfall-Viskosimeter) (Gebrauchsdauer bei 8O0C). Der Rest wird wie oben
erwähnt in Metallformen gegossen, die Mischung jedoch in diesem Fall während 4 Std. bei 8O0C und
nachfolgend 6 Stunden bei 120° C gehärtet
Die Eigenschaft der nach b), c) und d) hergestellten
Formstoffe sind zusammen mit den Resultaten der Gebrauchsdauermessungen in den Tabellen 2 bis 5
zusammengestellt
Danach sind trotz der hohen Zusatzmengen die Eigenschaften gegenüber dem unmodifizierten Epoxidharz nur wenig verändert Das Ergebnis des Kristallisationstests zeigt daß die mit den erfindungsgemäß
hergestellten Methylolepoxiden erhaltenen Mischungen unter praktischen Bedingungen nicht mehr zur Kristallisation zu bringen sind.
Tabelle 2
Kristallisationstendenz
flüssiges L M
Bisphenol-AEpoxidharz
Kristallisationszeit
in Tagen
3-5
>250 >250
Harz bzw. llarzmischung | 100 Teile L | 100 Teile M | |
100 Teile flüssiges | |||
Bisphenol-A-Epoxid | |||
harz | 13,5 Teile | 13,6 Teile | |
Triäthylentetramin | 12,9 Teile | 27 | 19' |
Gebrauchsdauer 40 C bis 3000 cP | 20' | 24 h 40 C | 24 h 40 C |
Härtung | 24 h 40 C | 21,4 | 34,8 |
Scltilagbiegcfestigkeit (cm kg/cm2) | 21,3 | 14,3 | 13,6 |
Biegefestigkeit (kg/mm2) | !4,8 | 7,4 | 8,6 |
Durchbiegung (mm) | 8,3 | 63 | 64 |
Martens DIN ( C) | 65 | 0,48 | 0,36 |
Zugscherfestigkeit auf Anticorodal R (kg/mm2) | 0,21 | ||
Tabelle 4 | |||
Härtung mil cycloaliphatischem Polyamin |
Laromin C-260
llar/ h/.w. llamnischung
Uisphcnol-A-I'poxkl-
liiir/ 31.8
I h 01'
33,0
I h 30'
I h 30'
KM) Teile M
36.0
49'
49'
Fortsetzung
Harz bzw. Harzmischung
100 Teile flüssiges 100 Teile L 100 Teile M
Bisphenol-A-Epoxjd-
harz
Härtung
Schlagbiegefestigkeit (cm kg/cm2)
Biegefestigkeit (kg/mm2)
Durchbiegung (mm)
Martens DIN (0C)
— 24 h 40 C + 6 !ι 1000C
29,8 18,9 2S,3
15,1 13,5 15,0
11,1 9,4 IU
109 103 108
Härtung mit Hexahydrophthalsäureanhydrid
Harz bzw. Harzmischung
100 Teile nüssiges 100 Teile L
Bisphenol-A-Epoxid-
harz
100 Teile M
0,95 Mol Anhydrid pro Epoxid
Tert.-Amin
Härtung
Verlustfaktor
tan δ > 1 % oberhalb
tan o>5% oberhalb
E, bei 25°C
77,5 Teile
81 Teile
82 Teile
1 Teil | 1 Teil | 1 Teil |
1 h23' | 1 h 10' | 1 h45' |
4h 80 C +6h 120C | ||
14,1 | 18,3 | 19,2 |
15,1 | 15,0 | 15,8 |
9,1 | 7,2 | 7,4 |
118 | 104 | 112 |
0,23 | 0,23 | 0.31 |
120 C | 105 C | 115 C |
132 C | 122 C | 131 C |
3.5 | 3,5 | 3.7 |
4 · 1016 | 9 · 10" | 1 · 1017 |
Es wurden 2 Versuche der lösungsmittelfreien Anwendung eines erfindungsgemäßen Polyglycidyläthers der Formel UI im Vergleich zu einem bekannten
Diglycidyläther vom Bisphenol-A-Typ durchgeführt. Als Härter wurde jeweils das Addukt (Z) von Trimethylhexanmethylendiamin (im Überschuß) mit einem Bisphenol-A-Epoxidharz unter Zusatz von Phenol als Beschleuniger eingesetzt.
Es wurde Stahlbleche mit der jeweiligen Harzmischung beschichtet Die Härtung erfolgte bei Raumtemperatur. Die Zusammensetzung der Harzmischung und
die Prüfungsergebnisse sind in der Tabelle zusammengestellt.
Das Harz gemäß Formel III weist gegenüber dem bekannten Epoxidharz folgende Vorteile auf. Die
Durchhärtungszeit des entsprechenden Harzgemisches ist kürzer als im Falle der Verwendung des bekannten
Harzes. Die Werte der Tiefziehfähigkeit nach E.'ichsen sind wesentlich besser, das heißt, die Filme sind
dehnbarer und wenig spröde. Im übrigen ist die Beständigkeit gegenüber Aceton und Benzcl im Falle
der die erfindungsgemäße Verbindung der Formel III enthaltenden Beschichtung viel größer.
Harz-Typ
gemäß Formel III
gemäß Formel III
Bisphenol· \-
Diglycidylathcr
Diglycidylathcr
Kpoxidgehalt (Val/kg)
Gew.-Teile
5,74
100
5.2-5.5 100
23
Fortsetzung
Ilarz-Typ | Z | III | Bisphenol-Λ- | |
40 | Diglycidylüther | |||
gcmiil! Formel | 2 | Z | ||
Ilärter-Typ | glatt | 35 | ||
Gew.-Teile | 3 | |||
Durchhärtungszeit (h) | 3-7 | glatt | ||
Aussehen der Oberfläche | 2-4 | |||
Erichsentest*) | 7 | 1-3 | ||
nach 2 Monaten bei 20 C (mm) | + | 1-3 | ||
nach 2 Monaten bei 60 C (mm) | + | 14 28 | 1 3 7 14 28 | |
Testdauer in Tagen | Λ Λ | _____ | ||
Aceton | 1 3 | + + | A - - - - | |
Benzol | + + | |||
+ + | ||||
*) DIN 53 156 (Tiefziehrähigkeil)
**) +: Film unverändert; A: Film angegriffen;
: Film zerstört
Claims (1)
- Patentansprüche:1, Polyglycidyläther der Formel (I)O CH2 CH-CH2-O-CH:H2-O-CH2-CH CH2worin R eine Alkylen- oder Alkenylengruppe mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, eine Glycidyloxypropylen-1,3-Giuppe oder eine Bisphenol-A-Gruppe bedeutet, X für eine Alkylgruppe mit höchstens 12 Kohlenstoffatomen oder für ein Chlor- oder Bromatom, m für O, 1 oder 2 und η für 1, 2 oder 3 stehen, sowie die Verbindung der Formel
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