DE2316940C3 - 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
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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Description
Die Erfindung betrifft neue Ester von l,1,3-Trimethyl-3-phenyi-indan mit der FormeF:
A D
1 CH3 '
B—(T ^ hV >—E
H3C
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.
R, O
CH2=C-CH2-O-C
jo Als Beispiel einer erfindungsgemäßen Verbindung
wird die der nachstehenden Formel angegeben, in der Ri und R2 unabhängig entweder ein Wasserstoffatom
oder eine Methylgruppe bedeutet:
CH,
O R2
-C-O-CH2-C = CH2
CH3
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- br>
lymermischungen.
Die neuen Verbindungen können hergestellt werden, indem man als Vorstufe Phenyl-indan-dicarbonsäure,
z.B. eine l.l.S-Trimethyl-S-carboxy-S-ip-carboxyphenyl)-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 katalytische 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
Beispiel III
Nach dem Verfahren vor. Beispiel I wurden 50 Gramm !,!,S-Trimethyl-S-carboxy-S^p-carboxyphe-
io
20
Gramm (G.19 Mol)
oxyphenyl)-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 Sammeln 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 Diaflylester von i,l,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- jo
keit zum Rückfluß erhitzt. Der Überschuß an Thionylchlorid wurde bei Atmosphärendruck und schließlich im
Vakuum entfernt. 35 ml (0,71 Mo!) Methallylalkohol wurden dem Diaoylchlorid zugesetzt. Nachdem die
Mischung zwei Stunden lang zum Rückfluß erhitzt worden war, wurde sie in Wasser gegossen und
anschließend 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 !,!i
dan identifiziert.
dan identifiziert.
40
n-
50 nyl)-indan und 50 Gramm Thionylchlorid zur Reaktion gebracht und das resultierende Reaktionsprodukt mit
einer Mischung von 24 Gramm (0,35 Mol) Methallylalkohol und 20 Gramm (0,35 Mol) Allylalkohol behandelt
Isoliert nach der Methode aus Beispiel 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
1,1 ,S-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-Copolyrnere
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 Diaüylester
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 !,iß-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:
f ι |
Tabelle I | Monomer eingearbeitet in die Polymemiischung |
Gew.% Monomer |
Mischkammer ( C) Temp. |
"Dreh moment Meter gramm |
t
ι |
Polymermischung | kein Diallyester von 1,1,3-Trimethyl- |
5 | 300 300 |
900 800 |
Äthylen-Tetra- fluoräthylen- Copolymer Desgl. |
|||||
Desgl.
5-carboxy-3-(p-carboxyphenyl)-indan
Triallylcyanurat
300
UOO
5 | 23 16 940 | Gew.% | 6 | Mischkammer | ' Dreh | |
Monomer | ( O Temp. | moment | ||||
Fortsetzung | Meter | |||||
Polymermischung | Monomer eingearbeitet in die | gramm | ||||
Polymermischung | _ | 260 | 1660 | |||
Äthylen-Chlor- | kein | 5 | 260 | 1450 | ||
trifluoräthylen- | ||||||
Copolymer | ||||||
Desgl. | Diallycster von 1,1,1-Trimethyl- | 5 | 260 | 1660 | ||
5-carboxy-3-( p-carbo xy- | - | 290 | 1950 | |||
(phenyl)-indian | ||||||
Desgl. | Triallylcyanurat | |||||
Polyvinyliden- | kein | 5 | 290 | 1650 | ||
fluorid-Homo- | ||||||
polymer | ||||||
Desgl. | Diallylester von 1,1,3-Trimethyl- | |||||
Desgl.
5-carb^xy-3-(p-carboxyphenyl)-indan
Triallylcyanurat
290
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 Scher-Ratc 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:
Beispiel IV
Eine Polymermischung wurde hergestellt, indem Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Copolymer mit 3 Gew.-°/o
Diallylester von l,l,3-Trimethyl-5-carboxy-3-(p-carboxyphenyl)-indan, hergestellt nach dem Verfahren in
Beispiel I, und 1 Gew.-% Magnesiumoxid im pulvrigen Zustand gemischt wurden. Die Mischung wurde dann
bei 250°C foimgepreßt und einer Bestrahlung mit einer Dosis von 10 · \04 J/kg in einem 1,5 MeV Elektronenstrahlbeschleuniger
unterworfen, um eine vernetzte Polymermischung zu ergeben, welche die folgenden mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur (ungefähr
25° C) und bei erhöhter Temperatur (250° C) zeigt:
Bei 25° C
Reißfestigkeit 447 kg/cm2
Dehnung (25,4 cm Dehnung/min) 250%
Bei 250° C
Reißfestigkeit
r> Dehnung (25,4 cm Dehnung/min)
Heißmodul*)
Heißmodul*)
23,8 kg/cm2
263%
43%
*) Der Heißmodultest zeigt die prozentuale Dehnung eines Probestreifens von vernetztem Polymer nach Erhitzen der
Polymennischung über dem Schmelzpunkt der unvernetzten
Polymermischung, Anlegen einer Belastung von 3,5 kg/cm2 an die vernetzte Mischung, während sie oberhalb ihres Schmelzpunktes
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 bei 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 Polymermischungen
besitzen, die einen Diallylester der vorliegenden Erfindung erhalten, waren wie folgt:
Tabelle Il | Bestrahlungs dosis 10.104 J/kg |
Test | Alterungszeitraum 0 24 |
371 381 |
ι (Std.) 72 |
168 |
Monomer eingearbeitet in Äthylen-Chlor-lrifluoräthylen- Copolymer |
10 10 |
Reißfestigkeit (k?/cnr) desgl. |
444 447 |
316 384 |
291 391 |
|
Kein Diallylester von U^-Trimethyl-S-carboxyO- (p-carboxvphcnvl l-indan |
||||||
7 lortsct/uiig |
Bestrahlungs dosis I().IOJ J/kg |
23 16 940 | 8 | 342 242 |
72 | 168 |
Monomer eingearbeitet in Äthylen-Chlor-trifluoräthylcn- Cupolymer |
10 10 |
Test | Alterungs/.eilraum (Std.) 0 24 |
396 233 |
329 221 |
|
Kein Diallylester von 1,1,3-Trimethy l-S-carboxyO- (p-carboxvphenvl)-indan |
Dehnung bei 25,4 cm Dehnung/min (%) desgl. |
350 250 |
||||
Beispiel VI
Eine Polymermischung wurde durch Auswalzen eines Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymers auf
einer ungeheizten Zweiwalzenmühle hergestellt, wobei 4 Gew.-% Diallylester von l.l.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 Ferroiyp-Platten, die !5 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 | Reißfestigkeit | Dehnung | Heißmodul |
Dosis | ( O | (kg/cm2) | (% bei 25,4 cm | (% bei 250 C, |
(10.104 J/kg) | Dehnung/min) | 3,5 kg/cm2) | ||
25 | 61,2 | 388 | _ | |
5 | 200 | 6,1 | 95 | 130 |
5 | 25 | 65,1 | 292 | - |
10 | 200 | 5,3 | 74 | 72 |
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:
Bestrahlungs | Test | Alterungsdauer (Tage) | 3 | 5 | 7 | 15 |
dosis | 65,1 | 61,5 | 48,5 | 36,5 | ||
M(J.ICT J/kgi | 1 | |||||
5 | Reißfestigkeit | 63,6 | 50,0 | Λ1 (Ί | AZ Ό |
->~l Λ
·"■,-> |
(kg/cm:) | 438 | 425 | 425 | 431 | ||
1 A | Λ -,,.„! | 53,3 | ||||
Dehnung | 450 | 350 | 325 | 325 | 390 | |
("in bei 25,4 cm Dehnung/min) | ||||||
10 | desel. | 369 | ||||
Um die Brauchbarkeit vernetzter Polymermischungen, welche weichmachende und vernetzende Mittel der
vorliegenden Erfindung enthalten, zum Isolieren von Drähten zu zeigen, wird das folgende Beispiel
aufgeführt:
Beispiel VII
Eine Probe aus reinem Äthylen-Tetrafluoräthylen-Copolymer und zwei zusätzliche Proben aus Athylen-Tetrafluoräthyien-Copolymer
sowie 3,5 Gew.-% und 5 Gew.-% Diallyl-l.l^-trÜTiethyl-S-carboxy-S-ip-carboxyphenyl)-indan
wurden durch ein Pulvermischverfahren
to 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
b5 die Oberfläche eines mit einer 5,08 - 10-' mm Zinnschicht
überzogenen Kupferdrahtes extrudiert Die Extrudierbedingungen für die Drahtisolierung lauten
wie folgt:
ίο
Monomer eingearbeitet in Athylen-Tetralluorülhylcn-Copolymer
Diallylester von
1.1,3-1 rimethyl-5-earboxy-3-(p-carboxyphenyl)-indan
Desgl.
1.1,3-1 rimethyl-5-earboxy-3-(p-carboxyphenyl)-indan
Desgl.
Gewicht
1 c!'i[ienilur ( C)
/'· li'uler/oncn
ι
/'· li'uler/oncn
ι
5.0
315
295
295
282
315
295
295
282
Stempel
365
315
315
305
Die drei isolierten Drähte wurden dann der Bcitrahij'V'. mit energiereichen Elektronen eine.-; 1,0 MEV Resonan/-üirahiiransformers
unterworfen. Die resultierenden I- -iijiten Oiäiitu mit der durch Bestrahlung vernei/ien Beschichtung
wurden dann getempert und anschließend geprüft, um ihre mechanischen und elektrischen Eigenschaften
/,u bestimmen. Das Ergebnis dieser Prüfung ist in der folgenden Tabelle dargelegt:
Äthylen-Tetra fluor äthylen mil 3,5 Gew.
üiallvlester
Athylen-TetfHfluoräthylen
mit 5,0 Gew.%
üiallvlester
üiallvlester
Älhylen-Teiralluorälhylen
(ohne Zusätze)
(ohne Zusätze)
10.104 J/ku Dosis |
15.10' J/kg Dosii |
lo.irr J/kg Dosis |
15.104 J/kg Dosis |
10.\(f J/kg Dosis |
15. ΗΓ J/kg Dosis |
|
Gewicht der Isolierung (kg/300 m) |
1,35 | 1,21 | 1,35 | 1,35 | 1,35 | 1.35 |
Reißfestigkeit (kg/cm2 bei Raumtemperatur) |
548 | 470 | 434 | 440 | 366 | 389 |
Dehnung (Raumtemperatur) (bei 25,4 cm Dehnung/min) |
158 | 108 | 100 | 100 | 133 | 200 |
Lötkolbenlest | 300 + | 300 + | 300 + | 300 + | 26,6 | 300 + |
Domdeformation (96 Std., 250 C, 1,13 kg Belastung) |
passiert | passier! | passiert | passiert | Spannungs abweisung mißlungen |
Spar.nungs- abweisung mißlungen |
Reißfestigkeit (kg/cm2 bei 275 C) |
7,63 | 8,19 | 7,28 | 7,56 | 1,9 | 3.5 |
Dehnung (bei 275 C) | 244 | 124 | 95 | 79 | 375 | 30 + |
Heißmodul (275 C. 3,5 kg/cm") |
48 | 45 | 45 | 34 | mißlungen | 295 |
Es liegt auf der Hand, daß viele Modifikationen und Variationen der Erfindung, w ie 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 (2)
1. Ester von l,l,3-Trimethyl-3-phenyl-indan der Formel:
IU
F H3C CH3
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.
2. Verwendung der Ester gemäß Anspruch 1 als Weichmacher und Vernetzer bei Fluorkohlenwasserstoff-Homopolymeren
und bei Copolymeren, bestehend aus Vinylidenfluorid, Äthylen-Tetrafluoräthylen, Äthylen-Chlortrifluoräthylen, Tetrafluoräthylen-Vinylidenfluorid,
Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen,
Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Tetrafluoräthylen.
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