DE2316940B2 - Ester von 1,1,3-trimethyl-3-phenyl-indan und deren Verwendung - Google Patents
Ester von 1,1,3-trimethyl-3-phenyl-indan und deren VerwendungInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
in der einer der Reste A, B oder C und einer der Reste. D, E oder F eine Carboxyallyl- oder
Carboxymethallylgruppe bedeutet und die übrigen Reste Wasserstoffatome sind.
Z Verwendung der Ester gemäß Anspruch 1 als Weichmacher und Vernetzer bei Fluorkohlenwasserstoff-Homopolymeren
und bei Copolymeren, bestehend aus Vinylidenfluorid, Äthylen-Tetrafluoräthylen,
Äthylen-Chlortrifluoräthylen, Tetrafiuoräthylen-Vinylidenfluorid,
Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen, Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen
undVinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Tetrafluoräthylen.
Die Erfindung betrifft neue Ester von l,l,3-Trimethyl-3-phenyl-indan mit der Formel:
A D
CH3
H3C CH3
in der einer der Reste A, B oder C und einer der Reste D, 30 Als Beispiel einer erfindungsgemäßen Verbindung
E oder F eine Carboxyallyl- oder Carboxymethallyl- wird die der nachstehenden Formel angegeben, in der
gruppe bedeutet und die übrigen Reste Wasserstoffato- Ri und R2 unabhängig entweder ein Wasserstoffatom
me sind. oder eine Methylgruppe bedeutet:
R, O
CH2=C-CH2-O-C
CH3
O R2
!! I
C-O-CH2-C = CH2
Wir haben gefunden, daß diese Verbindungen ausgezeichnete Eigenschaften als Weichmacher und
Vernetzer für eine Vielzahl von Polymeren besitzen, speziell für Hochtemperaturverfahren geeignete Fluorkohlenstoff-Homopolymere
und Copolymere wie
Äthylen-Tetrafluoräthylen-Copolymer, Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Copolymer,
Polyvinylidenfluorid-Homopolymer, Tetrafluoräthylen-Vinylidenfluorid-Copolymer, Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen-
Copolymer,
Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-
Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-
Copolymer oder
Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Tetrafluoräthylen-Copolymer.
Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Tetrafluoräthylen-Copolymer.
Es hat sich gezeigt, daß die neuen Verbindungen t,o
besonders als vernetzende Zusätze geeignet sind, die in den vernetzten Produkten die Beständigkeit gegen
Verformung bei erhöhter Temperatur fördern. Die Verbindungen zeigen auch sehr nützliche Weichmachereigenschaften
bei der Verarbeitung der Po- b5 lymermischungen.
Die neuen Verbindungen können hergestellt werden, indem man als Vorstufe Phenyl-indan-dicarbonsäure,
z. B. eine !,!yi
nyl)-indan-dicarbonsäure, mit Thionylchlorid zum entsprechenden Diacylchlorid reagieren läßt, und dieses Diacylchlorid mit Allylalkohol, Methallylalkohol oder einer Mischung von Allyl- und Methallylalkohol reagieren läßt. Die als Vorstufe dienenden Dicarbonsäuren sind bekannt und werden aus dem entsprechenden Tetramethyl-3-tolyl-indan durch katalytisch^ Luftoxydation in einem Verfahren hergestellt, ähnlich dem, das in einem Artikel von P. Towle und H. Baldwin in Hydrocarbon Processing 43 (11) 194 (1964) beschrieben wird.
nyl)-indan-dicarbonsäure, mit Thionylchlorid zum entsprechenden Diacylchlorid reagieren läßt, und dieses Diacylchlorid mit Allylalkohol, Methallylalkohol oder einer Mischung von Allyl- und Methallylalkohol reagieren läßt. Die als Vorstufe dienenden Dicarbonsäuren sind bekannt und werden aus dem entsprechenden Tetramethyl-3-tolyl-indan durch katalytisch^ Luftoxydation in einem Verfahren hergestellt, ähnlich dem, das in einem Artikel von P. Towle und H. Baldwin in Hydrocarbon Processing 43 (11) 194 (1964) beschrieben wird.
Wahlweise können diese neuen Verbindungen durch andere Methoden hergestellt werden, eingeschlossen
die direkte Veresterung, katalysierte Veresterung oder Umesterung von gesättigten Estern. Außerdem können
die Verbindungen aus Phenyl-indan-dinitril oder Dialdehyd
oder ähnlichen Zwischenstufen auf bekannte Weise hergestellt werden.
Die folgenden Beispiele beschreiben die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen:
Ein geeignetes Reaktionsgefäß, versehen mit einem Thermometer und einem Rückflußkühler, wurde mit 80
Gramm (0,19 Mol) l.lß-Trimethyl-S-carboxy-S-ip-carboxyphenyfj-indan und 74 Gramm (0,62 Mol) Thionylchlorid beschickt Die vorgelegte Masse wurde vorsichtig bis zum Lösen erhitzt und dann über Nacht zum
Rückfluß erhitzt Der Oberschuß an Thionylchlorid wurde zunächst bei Atmosphärendruck und zuletzt an
der Absaugpumpe abdestilliert Dann wurden 66 Gramm (1,14 Mol) Allylalkohol zugegeben und das
Reaktionsgemisch über Nacht zum Rückfluß erhitzt Der Überschuß an Allylalkohol wurde abgezogen und
die zurückbleibende, geschmolzene Masse mehrmals mit verdünnter Natriumcarbonatlösung und schließlich
mit Wasser aufgeschlemmt Nach dem Samueln und Trocknen auf der Nutsche wurde der resultierende
gepulverte Kuchen bei 110° im Ofen getrocknet und ergab 73 Gramm (58% der Theorie) eines gelbbraunen
Pulvers vom Schmelzpunkt 82—84° C. Das resultierende Produkt wurde dann aus Äthanol umkristallisiert und
ergab ein leicht gelbbraun gefärbtes Produkt, das durch Infrarotspektroskopie als Diallylester von 1,1,3-Trimethyl-5-carboxy-3-(p-carboxyphenyl)-indan, Schmelzpunkt 84° C, identifiziert wurde (bei 5°C/Minute
Steigerungsrate eines Abtastcalorimeters).
Gemäß dem Verfahren aus Beispiel I wurden 50 Gramm (0,155 Mol) von l,l,3-Trimethyl-5-carboxy-3-(pcarboxyphenyl)-indan und 50 ml (0,68 Mol) Thionylchlorid acht Stunden lang unter Ausschluß von Luftfeuchtig-
keit zum Rückfluß erhitzt. Der Überschuß an Thionylchlorid wurde bei Atmosphärendruck und schließlich im
Vakuum entfernt 35 ml (0,71 Mol) Methallylalkohol wurden dem Diacylchlorid zugesetzt Nachdem die
Mischung zwei Stunden lang zum Rückfluß erhitzt worden war, wurde sie in Wasser gegossen und
ansrhließ-'ά nacheinander mit verdünnter wäßriger
Natriumcarbonatlösung und Wasser gewaschen. Die Mischung wurde dann unter vermindertem Druck
destilliert und 40 Gramm eines tief strohfarbenen Produktes bei 245—46°C/0,7 Torr gesammelt. Das
Produkt wurde gekühlt und ergab eine viskose Lösung, die nicht leicht zu kristallisieren war. Das Produkt wurde
durch Infrarotspektroskopie als der Dimethallylester von l.lß-Trimethyl-S-carboxy-S-ip-carboxyphenyO-indan identifiziert.
Nach dem Verfahren von Beispiel I wurden 50 Gramm !,!,S-Trimethyl-S-carboxy-S-ip-carboxyphe
nyl)-indan und 50 Gramm Thionylchlorid zur Reaktion
gebracht und das resultierende Reaktionsprodukt mit einer Mischung von 24 Gramm (035 MoI) Methallylalkohol und 20 Gramm (035 Mol) Allylalkohol behandelt
Isoliert nach der Methode aus Seispiel II resultierten 38
Gramm (58,5% Ausbeute) einer strohfarbenen Flüssigkeit mit Siedepunkt 238—45°C/0,7 Torr.
Die NMR-Spektroskopie des resultierenden Produktes in Tetrachlorkohlenstofflösung zeigte die Anwesenheit von im wesentlichen equimolaren Mengen von
Allyl- und Methallylgruppen, und zeigte somit, daß das
Produkt ein gemischter Allyl-Methallyl-diester von
l.^-Trimethyl-S-carboxy-S-ip-carboxyphenylJ-indan
ist
Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen besonders nützliche Eigenschaften als
Zusätze besitzen, die das Vernetzen von Polymeren bei chemischer Aktivierung oder Strahlungsaktivierung
beschleunigen. Die thermoanalytische Prüfung hat gezeigt, daß diese Verbindungen im Vergleich zu den
bislang als Vernetzungsbeschleuniger benutzten Acryl-, Methacryl- und Allylverbindungen eine ausgezeichnete
thermische Stabilität und eine sehr geringe Flüchtigkeit besitzen. Darüber hinaus besitzen die vorliegenden
Erfindungen Lösungs- oder Weichmachereigenschaften, die sie für eine Vielzahl von Polymersystemen
verträglich machen. Äthylen-Tetrafluoräthylen-Copolymere und Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Copolymere
sind z. B. dafür bekannt, daß sie eine ungewöhnlich hohe chemische Beständigkeit besitzen und dazu neigen,
Weichmacher oder Lösungsmittel abzustoßen, die in sie eingearbeitet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die
Ester der vorliegenden Erfindung mit den fluorierten Copolymeren ganz verträglich sind, was im Hinblick auf
das oben Gesagte, daß nämlich diese Copolymere eine hohe Beständigkeit gegenüber Solvatisierung und
Quellung besitzen, überraschend ist Es wurde in der Tat gefunden, daß z. B. durch Einarbeiten der Diallylester
der vorliegenden Erfindung in diese Copolymere die Extrusion bei wesentlich niedrigeren Temperaturen
durchgeführt werden kann. In Übereinstimmung damit ist die folgende Tabelle aufgeführt, um die durch das
Einarbeiten des Diallylester von !,!,S-Trimethyl-S-carboxy-3-(p-carboxyphenyl)-indan in verschiedene Polymermischungen erreichte Verringerung des Drehmoments zu zeigen, verglichen mit den Drehmomentwerten, die erreicht werden, wenn keine Zusätze vorhanden
sind oder wenn die üblichen vernetzenden Zusätze (z. B. Triallylcyanurat) den Polymermischungen zugesetzt
werden:
Polymermischung |
Monomer eingearbeitet in die
Polymermischung |
Gew.%
Monomer |
Mischkammer
( C) Temp. |
+ Dreh
moment Meter |
gramm | ||||
Äthylen-Tetra-
fluoräthylen- Copolymer |
kein | - | 300 | 900 |
Desgl. |
Diallyester von 1,1,3-Trimethyl-
j-carhc xy-3-( p-carboxy- pner.vl)-i;idan |
5 | 300 | 800 |
Desel. | Triallylrvanurat | 5 | 300 | 1100 |
Fortsetzung
Polymermischung
Monomer eingearbeitet in die Polymermischung
Gew.%
Monomer
Monomer
Mischkammer
( C) Temp.
( C) Temp.
+Drehmoment Melergramm
Athylen-Chlor- | kein |
trifluoräthylen- | |
Copolymer | |
Desgl. | Diallyester von 1,1,1-Trimethyl- |
5-carboxy-3-(p-carboxy- | |
(phenyl)-indian | |
Desgl. | Triallylcyanurat |
Polyvinyl iden- | kein |
fluorid-Homo- | |
polymer | |
Desgl. | Diallylester von 1,1,3-Trimethyl |
5-carboxy-3-(p-carboxy- | |
phenyl)-indan | |
Desgl. | Triallylcyanurat |
260
260
260
260
290
290
290
290
290
1600
14!>0
14!>0
16<»0
19ΓΛ
19ΓΛ
1&50
1950
1950
Diese Versuche wurden in einem »Brabender-Mischer« durchgeführt, wobei in jedem Fall eine Gesamtmenge von 70 Gramm
eingesetzt wurde und die angegebenen Temperaturen bei einer Seher-Rate von 80 rpm benutzt wurden.
Man erkennt aus den Daten, daß gemäß der Verträglichkeit des Diallylesters der vorliegenden
Erfindung in der Polymermischung sich eine wesentliche Verringerung des Drehmoments ergibt, während der
nichtverträgliche Zusatz nach dem Stand der Technik diesen Effekt nicht zeigt
Diese Verringerung des Drehmoments zeigt an, daß die Polymermischungen, die den Diallylester der
vorliegenden Erfindung enthalten, bei niedrigeren Temperaturen verarbeitet werden können, um z. B.
zusammenhängende dünnwandige Ziehprofile zu ergeben oder bei gleichen Temperaturen zu wesentlich
dünneren Ziehprofilen zu führen, verglichen mit Mischungen, die den Vernetzer Triallylcyanurat enthalten.
Beispielhaft für die ausgezeichneten mechanischen und Alterungseigenschaften der vernetzten Polymermischungen,
die die Verbindungen der vorliegenden Erfindung enthalten, sind die folgenden:
Eine Polymermischung wurde hergestellt, indem Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Copolymer mit 3 Gew.-%
Diallylester von l,l,3-Trimethyl-5-carboxy-3-(p-carboxyphenyl)-indan, hergestellt nach dem Verfahren in so
Beispiel I, und 1 Gew.-% Magnesiumoxid im pulvrigen Zustand gemischt wurden. Die. Mischung wurde dann
bei 250° C formgepreßt und einer Bestrahlung mit einer Dosis von 10 · 10* J/kg in einem 1,5MeV Elektronenstrahlbeschleuniger
unterworfen, um eine vernetzte Polymermischung zu ergeben, welche die folgenden
30
35
40
45 mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur (ungefähr 25° C) und bei erhöhter Temperatur (25CC)
zeigt:
Bei 25° C
Reißfestigkeit
Dehnung (25,4 cm Dehnung/min)
Reißfestigkeit
Dehnung (25,4 cm Dehnung/min)
447 kg/cm2
250%
250%
Bei 250° C
Reißfestigkeit 233 kg/cm2
Dehnung (25,4 cm Dehnung/min) 263%
Heißmodul·) 43%
*) Der Heißmodultest zeigt die prozentuale Dehnung eines
Probestreifens von vernetzten! Polymer nach Erhitzen der Polymermischung über dem Schmelzpunkt der inivenietzten
Polymermischung, Anlegen einer Belastung von 3,5 kg/cm2 an
die vernetzte Mischung, während sie oberhalb ihres Sdunelzpunktes
sich befindet und nachträgliches Abkühlen der Mischung auf Raumtemperatur.
Eine Probe der durch Bestrahlung vernetzten Mischung aus Beispiel IV und eine Vergleichsprobe
Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Copolymer (ohne Zusatz), die ebenfalls einer Bestrahlung mit einer Dosis von
10 · 104 J/kg unterworfen worden war, wurden txä 200°
gealtert und die Reißfestigkeit und Dehnung nach Abkühlen auf Raumtemperatur (ca. 25° C) geprüft. Die
Ergebnisse dieses Tests, die die überlegenen Alterungseigenschaften zeigen, welche die Poiymermischungen
besitzen, die einen Diallylester der vorliegenden Erfindung erhalten, waren wie folgt:
Monomer eingearbeitet in
Äthylen-Chlor-trifluoräthylen-
Copolymer
Bestrahlungs- Test
dosis
10.104 J/kg
Alterungszeitrcum (Std.)
0 24 72
0 24 72
168
Kein | 10 | Reißfestigkeit vkg/cm ) | 444 | 371 | 316 | 291 |
Diallylester von | 10 | desgl. | 447 | 381 | 384 | 391 |
1,1 ,S-Trimethyl-S-carboxy^- | ||||||
(p-carboxyphenyl)-indan |
l-ortsctziini!
Monomer eingearbeitet in
Älhylcn-Chlor-trifluoriithylcn-
Copolymer
Bestrahlungs- Test
dosis
IU.ΙΟ4 J/kg
Allerungszeitraum (Std.)
0 24 72
0 24 72
Diallylester von 10
1,1 ^-Trimethyl-S-carboxy^-
(p-carboxyphenyl)-indan
(p-carboxyphenyl)-indan
Dehnung bei 25,4 cm 350 342 396 329
Dehnung/min (%)
desgl. 250 242 233 221
Eine Polymermischung wurde durch Auswalzen eines Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymers auf
einer ungeheizten Zweiwalzenmühle hergestellt, wobei 4Gew.-°/o Diallylester von U.S-Trimethyl-S-carboxy-S-(p-carboxyphenyl)-indan
und 1 Gew.-°/o Magnesiumoxyd in das Copolymer eingewalzt wurden. Die Platte wurde von der Mühle entfernt und in schmale
Abschnitte zerschnitten. Die resultierenden Abschnitte
wurden bei 250° zwischen Ferrotyp-Platten, die 15 cm2
große Anpassungslöcher besitzen, formgepreßt, um eine
Reihe 88,9 χ 10-3 cm große Tafeln zu erzeugen. Diese
Tafeln wurden mit Dosen von 5 · 104 und 10 · 104 J/kg
in einem 1,5 MeV Elektronenstrahlbeschleuniger bestrahlt, um vernetzte Polymermischungen herzustellen,
die bei Raumtemperatur (ca. 25°C) und bei erhöhter Temperatur (2500C) die folgenden mechanischen
Eigenschaften besitzen:
Tabelle IH | Temperatur ( O |
Reißfestigkeit (kg/cm2) |
Dehnung (% bei 25,4 cm Dehnung/min) |
Heißmodul (% bei 250 C. 3,5 kg/cnr) |
Dosis (10.10" J/kg) |
25 200 25 200 |
61,2 6,1 65,1 5,3 |
388 95 292 74 |
130 72 |
5 5 10 10 |
||||
Zusätzlich wurden die durch Bestrahlung vernetzten Mischungen nach dem Verfahren des Beispiels V auf ihre
Alterungseigenschaften geprüft. Das Ergebnis dieser Versuche lautet wie folgt:
Tabelle IV | Test | Alterungsdauer | (Tage) | 5 | 7 | 15 |
Bestrahlungs | 61,5 | 48,5 | 36,5 | |||
dosis | 1 | 3 | ||||
(10.104 J/kg) | Reißfestigkeit | 63,6 | 65.1 | 43,0 | 45.8 | 37,4 |
5 | (kg/cnr) | 425 | 425 | 431 | ||
desgl. | 53,3 | 50,0 | ||||
10 | Dehnung | 450 | 438 | 325 | 325 | 390 |
5 | (% bei 25,4 cm Dehnung/min) | |||||
desgl. | 369 | 350 | ||||
10 | ||||||
Um die Brauchbarkeit vernetzten Polymermischungen, welche weichmachende und vernetzende Mittel der
vorliegenden Erfindung enthalten, zum Isolieren von Drähten zu zeigen, wird das folgende Beispiel
aufgeführt:
Eine Probe aus reinem Äthylen-Tetrafluoräthyien-Copolymer und zwei zusätzliche Proben aus Äthyten-Tetrafhioräthylen-Copolymer sowie 3,5 Gew.-% und 5
Gew.-% DiallyI-l,13-trOTeAyl-5-cartx>xy-3-{p-carboxyphenyl)-indan wurden durch ein Pulvennischverfahren
μ nach Beispiel IV hergestellt Die drei resultierenden
pulverförmigen Probenzusammensetzungen wurden dann zur Ausbildung von Strängen durch einen Extruder
mit einer Kopftemperatur von 277° geschickt Die Stränge wurden dann geschnitzelt und die Schnitzel auf
die Oberfläche eines mit einer 5,08 - 10-' nun Ziiuischicht überzogenen Kupferdrahtes extrudiert Die
ExtnxSerbedingungen für die Drahtisolierung lauten
wie folgt:
ίο
Monomer eingearbeitet in Äthylen-Tetrafluoräthylen-Copolymer
Gewicht Temperatur ( C)
(%) Zylinderzonen
1 2
Stempel
Kein
Diallylester von 1,1,3-TrimethyI-5-carboxy-3-(p-carboxyphenyl)-indan
Desgl.
3,5
5,0
305 | 315 | 315 | 365 | 376 |
295 | 295 | 295 | 315 | 365 |
282
282
305
Die drei isolierten Drähte wurden dann der Bestrahlung mit energiereichen Elektronen eines 1,0 MEV Resonanzstranltransformers
unterworfen. Die resultierenden isolierten Drähte mit der durch Bestrahlung vernetzien Beschichtung
wurden dann getempert und anschließend geprüft, um ihre mechanischen und elektrischen Eigenschaften
zu bestimmen. Das Ergebnis dieser Prüfung ist in der folgenden Tabelle dargelegt:
Äthylen-Tetrafluor- | 3,5 Gew.% | Äthylen-Tetrafluor- | 5,0 Gew.% | Äthylen-Tetrafiuoräthylen | 15.ΙΟ4 J/kg | |
äthylen mit | äthylen mit | (ohne Zusätze) | Dosis | |||
Diallylester | 15.104 J/kg | Diallylester | 15.104 J/kg | 1,35 | ||
10.104 J/kg | Dosis | 10.104 J/kg | Dosis | 10.104 J/kg | ||
Dosis | 1,21 | Dosis | 1,35 | Dosis | 389 | |
Gewicht der Isolierung | 1,35 | 1,35 | 1,35 | |||
(kg/300 m) | 470 | 440 | 200 | |||
Reißfestigkeit | 548 | 434 | 366 | |||
(kg/cm2 bei Raumtemperatur) | 108 | 100 | 300 + | |||
Dehnung (Raumtemperatur) | 158 | 100 | 133 | Spannungs | ||
(bei 25,4 cm Dehnung/min) | 300 + | 300 + | abweisung | |||
Lötkolbentest | 300 + | passiert | 300 + | passiert | 26,6 | mißlungen |
Dorndeformation | passiert | passiert | Spannungs | 3,5 | ||
(96 Std., 250 C, | abweisung | |||||
1,13 kg Belastung) | 8,19 | 7,56 | mißlungen | 30 + | ||
Reißfestigkeit | 7,63 | 7,28 | 1,9 | 295 | ||
(kg/cm2 bei 275 C) | 124 | 79 | ||||
Dehnung (bei 275 C) | 244 | 45 | 95 | 34 | 375 | |
Heißmodul | 48 | 45 | mißlungen | |||
(275 C, 3,5 kg/cm2) | ||||||
Es liegt auf der Hand, daß viele Modifikationen und Variationen der Erfindung, wie sie hier dargelegt ist, durchgeführt
werden können, ohne daß vom Inhalt und Umfang der Erfindung abgewichen wird. Deshalb sollten nur die
in den folgenden Ansprüchen dargelegten Beschränkungen auferlegt werden.
Claims (1)
1. Ester von U3-Trimethyl-3-phenyl-indan der Formel:
10
F H3C CH3
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