DE2342888A1 - Fluor und schwefel enthaltende stoffzusammensetzungen - Google Patents

Fluor und schwefel enthaltende stoffzusammensetzungen

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DE2342888A1
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Robert Bonner Hager
Sameeh Said Toukan
Gerald Joseph Walter
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Description

Die Erfindung betrifft neue und wertvolle Fluorkohlenstoffe und insbesondere Verbindungen, die Schwefel und Fluoralkylgruppen enthalten. Eine bevorzugte Klasse von Verbindungen gemäß der Erfindung sind Fluorkohlenstoff enthaltende Verbindungen, die verschiedene Träger öl- und wasserabweisend machen, so daß deren öl- und Wasserabweisung besser und abriebfester ist, als es bisher möglich war.
Die Verbindungen gemäß der Erfindung sind sekundäre (twin-tailed) Alkohole der Formel
[R
)nSCH2I2CHOH
- 1 AQ9810/1233
und Urethanharze, Phosphate und andere Derivate und daraus erhaltene Reaktionsprodukte, in denen η eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist und R- ein einwertiger fluorierter aliphatischer
ist x
Rest£ der 3 bis 15 Kohlenstoffatome und endständige •Perfluormethylgruppen (an dem Teil, der von der Valenzbindung
enthält
am weitesten entfernt ist)/und,sofern in der Gerüstkette andere Atome als Kohlenstoffatome anwesend sind, dies an Kohlenstoffatome gebundene Sauerstoffatome sind, während die restlichen Elemente des Restes Kohlenstoffatome und Pluoratome sind und die Gerüststruktur eines solchen fluoraliphatischen Restes geradkettig oder verzweigtkettig ist. Beispiele für Gruppen Rf sind CP^(CP2) -,(CP^)2CP(CP2) - und (CP^)2CP0(CP2 )y-, worin y eine ganze Zahl von 1 bis 14 ist.
Als Ausgangsmaterialien für die Herstellung der Verbindungen gemäß der Erfindung werden aus der DT-OS 2 018 461 bekannte Epoxide der Formel
Rf(CHg)nSCH2CH CH2
verwendet, in denen Rf die oben angegebene Bedeutung hat, und diese Epoxide werden aus einem bekannten fluorierten Mercaptan der Formel Rf(CHo)nSH erhalten. Solche Mercaptane sind aus den US-PS 3 5^4 663, 3 172 910 und 3 088 849 bekannt.
Herstellung der sekundären Alkohole
Der sekundäre, Fluoralkyl und Schwefel enthaltende Alkohol gemäß der Erfindung, [Rf(CHg)nSCH2J2CHOH, kann leicht aus dem oben angegebenen Fluoralkylepoxid hergestellt werden, indem man dieses nach dem folgenden Reaktionsschema I weiter mit dom Fluor alkylmercaptan umsetzt, oder indem man 2 Mol des Mercaptans mit 1 Mol Epichlorhydrin nach dem folgenden Reaktionsschema II umsetzt, wobei das Fluoralkylepoxid als Zwischenverbindung gebildet wird:
409810/1233
IR"2020 } 23A2888
ίΤΛ Ό f r*tl 1 CJlJ J. T) I HXJ 1 Qr1T-I Γ"Μ ("1U .χ-ί-^^ό \ r„ f r\X3 \ QnU I ΓΊΙΓίΙΙ
I el Π I C. Il ti £i Iclic.£.
O
(II). 2Rf(CHg)nSH + ClCHgCH - CHg [Rf(CHgJnSCHgjgCHOH
Die Umsetzung I wird mit Vorteil bei einer Temperatur von etwa O0C bis 8o°C, vorzugsweise unter Verwendung eines Lösungsmittels als Reaktionsmedium, wie Äthanol oder 2-Propanol, und einer Spur Base, wie Natriumhydroxid oder Natriumäthoxid, durchgeführt. Die Umsetzung II wird bei etwa O0C bis 800C in einem geeigneten Lösungsmittel, wie Äthanol oder 2-Propanol, das ein basisches Material, wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder dergl., in ausreichender Menge, um das als Nebenprodukt gebildete HCl zu neutralisieren, zugemischt enthält, durchgeführt. Das folgende Beispiel veranschaulicht eine solche Herstellung.
Beispiel 1
Ein 200-ml-Kolben mit Rührer, Kühler und Zugabetrichter wird mit 20 ml Äthanol und 53,0 g (0,1 Mol) CgP^CHgCHgSH beschickt. Diesem Gemisch wird langsam eine Lösung von 2,0 g (0,05 Mol) NaOH in 50 ml Äthanol zugesetzt, und das Gemisch wird JO Minuten gerührt. 4,62 g (0,05 Mol) Epichlorhydrin werden mittels des Zugabetrichters tropfenweise zugesetzt, und Reaktionswärme wird bemerkt. Nach Beendigung der Zugabe wird das Gemisch 1 Stunde am Rückfluß gekocht und dann gekühlt. Die Masse wird in 1,1,2-Trichlor 1,2,2-trifluoräthan als Lösungsmittel aufgenommen, und Salz wird abfiltriert. Durch Abtrennen der Lösungsmittel auf dem Dampfbad erhält man 52,1 g (9'-$) eines weißen kristallinen Produktes vom F 78 - 800C der Formel (C F1
Analyse: für C25I ^qH1J1OS:
30 14		 C 26, 89 H 1 ,26 F 64, 67 S 5,
Berechnet C 26, 73 H 1 37 F 62, 56 S 6,
Gefunden:
- 3 409810/1233
Die beschriebenen sekundären Alkohole gemäß der Erfindung haben zwei dicht beieinander liegende stark fluorierte Ketten und können in reaktive Moleküle, wie Harze, Polymere, Isocyanate usw., eingebaut werden. Bei Verwendung der Alkohole gemäß der Erfindung können je funktionelle Stelle doppelt so viele fluorierte Ketten als bei Verwendung bekannter fluorierter Alkohole eingeführt werden; d.h. für die gleiche Anzahl eingeführter fluorierter Ketten bleiben mehr reaktive Stellen für andere erwünschte Umsetzungen, wie eine Vernetzung, frei..
Herstellung von Urethanharzen aus sekundären Alkoholen
Der sekundäre Alkohol, [Rf(CHg)nSCHg]2CHOH, ist ein Vorläufer für Derivate, die besonders wertvoll sind, um Fasersubstrate öl- und wasserabweisend zu machen, und sich auch als Surfaktants, Schutzüberzüge, Eindickungsmittel, Haarsprayzusätze und druckempfindliche Klebstoffe eignen. Diese Derivate haben die allgemeine Formel:
r/
(NHCOOCH[CHgS(CHg)nRf 3g)m
in der R ein Rest mit 2 bis J>0 Kohlenstoffatomen, der frei ist von nicht-aromatisch ungesättigten Gruppen, ist und zwar ein unsubstituierter Kohlenwasserstoffrest, ein alkoxysubstituierter oder chlorsubstituierter Kohlenwasserstoffrest oder ein Rest der Struktur, die derjenigen, die bei der Umsetzung eines Kohlenwasserstoffisocyanats oder eines alkoxysubstituierten oder chlorsubstituierten Kohlenwasserstoffisocyanats mit dem reaktiven Wasserstoff eines Hydrocarbylalkohols, Hydrocarbylmercaptans, Hydrocarbylphenols, Hydrocarbylthiophenols, einer Hydrocarbylcarbonsäure oder eines Hydrocarbylamins entsteht, entspricht, ist; W -NCO, -NHCONR'R1, -NHCOOR1 oder -NHCOSR1, worin die Reste R' unabhängig voneinander H oder eine organische
- 4 -409810/1233
IR-2020
Gruppe sind, ist; m eine ganze Zahl von 1 bis ;5j ρ eine ganze Zahl von 0 bis 5 und ra + ρ 2 bis 6 ist.
Die Urethanderivate der obigen Formel eignen sich insbesondere zum Modifizieren fasriger, poröser und zusammenhängender Oberflächen, wie solchen von Papier, Textilien, Glas, Holz, Leder, Pell, Asbest, Ziegeln, Beton, Metallen, Keramik, Plastiks, gestrichenen Oberflächen, Schwämmen und Gips. Die bevorzugten Träger für eine solche Modifizierung sind Papier, Textilien und Leder. Besonders wertvoll ist neben den Vorteilen, die die öl- und Wasserabweisung und die Schmutzabweisung durch einen Überzug aus solchen Addukten ergibt, die bessere Abriebfestigkeit von mit diesen Addukten behandelten Oberflächen.
Die erste Stufe der Herstellung des Urethanharzes ist die Umsetzung des sekundären Alkohols mit einer äquimolaren Menge an organischem Isocyanat, vorzugsweise einem Polyisocyanat und insbesondere einem Diisocyanate Typische verwendbare Isocyanate sind:
OCN-!^>—NCO
CH:
H CH2OCON-
I ¥ CHOCON
%— NCO
^ X NCO
OCN (CH2) 4NCO
OH3 (CH2) 6NCO
- 5 -409810/1233
IR-2020
NCO
NCO
OCH,
OCH.
OCN
NCO
/\CH2i/\CH2.
NCO
NCO
J3
--CH
6 -
409810/1233
iR-2020
Wenn das Isocyanat ein Polyisocyanat ist, wird das Derivat weiter mit einer organischen Verbindung mit einem Aktivwasserstoffatom in ausreichender Menge, um mit freien Isocyanatgruppen zu reagieren, umgesetzt. Beispiele für Verbindungen mit Aktivwasserstoffatomen, die sich für eine solche Umsetzung eignen, sind Alkohole, Säuren,. Amine, Mercaptane und Amide, beispielsweises
CH3(CH2)n0H η = 0-24
CH3(CHg)nCOOH η = 0-18
)2NH
)nNH2 η = 0-18
CH,(CH0) SH . η = 0-18
HOC2H4(OC2H4)η0Η η = 0-50
CH >.
NH
- 7 — 4098 10/1233
CH0OH
I 2
CHOH
CH2OH
CH3 - CH2 - CH2 - CH - CH2OH
Aus den sekundären Pluoralkylalkoholen gemäß der Erfindung hergestellte Urethanharze zeigen eine überraschende Überlegenheit gegenüber entsprechenden Harzen, die aus bekannten Alkohlen hergestellt sind, dies wird durch die folgenden Beispiele 2 bis 5 veranschaulicht. In diesen Beispielen wird als Polyisocyanat ein Aryldiisocyanat verwendet.
Beispiel 2
Einer Lösung von 5,5 g (0,0315 Mol) 2,4-Toluylendiisocyanat in 40 ml CH^CCl-, werden unter Rühren bei Raumtemperatur 35,5 S (0,0314 Mol) des fluorierten Alkohols von Beispiel 1 und anschließend 1 Tropfen üblicher Urethankatalysator (beispielsweise M & T Chemicals "T-9") zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wird 1/2 Stunde auf 25 - 440C und dann 2 Stunden auf 44 bis 500C erhitzt. Dann wird eine Lösung von 2,96 g (0,0315 Mol) Phenol in 10 ml CH,CC1., zugesetzt, und das Reaktionsgemisch wird 1 Stunde auf 50 bis 800C erwärmt. Dann wird die Lösung mit CH^CCl^ bis zu einer Peststoffkonzentration von 25$ verdünnt, und wenige Tropfen Methanol werden zugesetzt, um Spuren von nicht-umgesetztem Isocyanat von dem Produkt zu entfernen. Pur das Produkt wird die •folgende Struktur angenommen:
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Beispiel 2 (b)
Das Verfahren von Beispiel 2 (a) wird durchgeführt mit der Abweichung, daß anstelle von Phenol Methanol als der Aktivwasserstoff enthaltende Reaktant verwendet wird. Man erhält ein Harz, dem die folgende Struktur zugeschrieben wird:
OH
(R C2H4SCH2)2CH0CN
NHC-O-CH »
0
Beispiel 2 (c)
Wenn anstelle des Phenols von Beispiel 2 (a) Äthylenimin oder Methylaziridin (mit denen im wesentlichen gleiche Ergebnisse erzielt werden) verwendet werden, so wird ein Harz erhalten, dem die folgende Struktur zugeschrieben wird:
in der R H oder CH, ist
Beispiel 2 (d)
Wenn anstelle des sekundären Alkohols von Beispiel 2 (a) 19*1 S (0,0315 Mol) des primären Alkohols (CP^)2CF(CF2J7CONHC2H4OH verwendet werden, so wird ein Harz erhalten, dem die folgende Struktur zugeschrieben wird:
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Beispiel 2 (e)
Wenn anstelle des sekundären Alkohols von Beispiel 2 (a) 16,7 g (0,0315 Mol) des Mercaptans der Struktur (CP^)2CP(CPg)6C2H verwendet werden, so wird das folgende Harz erhalten:
MH-C-O-Q,
Beispiel 2 (f)
Wenn anstelle des sekundären Alkohols von Beispiel 2 (b) das Mercaptan von Beispiel 2 (e) verwendet wird, wird das folgende Harz erhalten:
OH
CH-
NHC-O-CH^. 11
Beispiel 3 (a)
Das harzartige Reaktionsprodukt von (a) des sekundären Alkohols gemäß der Erfindung, (b) Trimethylolpropan und (c) 2,4-Toluylendiisocyanat wird wie folgt hergestellt:
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Einer Lösung von 16,5 g (0,094 Mol) 2,4-Toluylendiisocyanat, 10 ml Äthylacetat und 1 Tropfen Stannokatalysator (M & T Chemical's T-9) werden unter Rühren 4,2 g (0,0315 Mol) Trimethylolpropan zugesetzt. Das Gemisch wird für die nächsten 2 Stunden zum Rückfluß erwärmt. Dann werden 35 g (0,0315 Mol) des sekundären Alkohols von Beispiel 1, C(CF5J2CP(CP2JgCgH^SCH2J2CHOH, zusammen mit 100 ml A'thylacetat zugesetzt. Nach 3 Stunden bei 40 bis 500C trennt sich das Reaktionsgemisch in zwei Schichten. Die obere Schicht zeigt bei der Infrarotanalyse kein Fluor und wird verworfen. Das Reaktionsprodukt (Bodenschicht) mit funktioneilen Gruppen -NCO ist als solches nicht nur für weitere Umsetzungen, sondern auch für die Behandlung von Leder, um dieses wasser- und ölabweisend zu machen, verwendbar.
Beispiel 3 (t>)
Nach dem Verfahren von Beispiel 3 (a) mit der Abweichung Jedoch, daß anstelle des sekundären Alkohols 16,7 g (0,0315 Mol) des Mercaptans (CF,)2CF(CF2JgCHgCHgSH verwendet werden, wird ein harzartiges Reaktionsprodukt hergestellt.
Beispiel 3 (c)
Nach dem Verfahren von Beispiel 3 (a) mit der Abweichung Jedoch, daß anstelle des sekundären Alkohols 20,5 g (0,0315 Mol) des Alkohols (CP^)2CF(CF2)7C0NHC2H^CH verwendet werden, wird ein harzartiges Reaktionsprodukt hergestellt.
Die obigen Produkte werden mit CH^CCl, bis zu einem Feststoffgehalt von 0,8$ verdünnt, und das so erhaltene Mittel wird auf auf Wildleder verarbeitete Schweinehaut aufgesprüht. Die erzielte öl- und Wasserabweisung ist wie folgt (das Besprühen erfolgt gemäß AATCC"Standard Test Method 52-1952 der American Association of Textile Chemists and Colorists, und die Olabweisungsbewertung erfolgt nach der "3M-Method", wie sie in der US-PS 3 304 378 beschrieben ist):
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IR-2020 Bewertung Wasser der Abweisung Abrieb
Ursprünglich 100- Nach Wasser
öl 90 Öl 80+
Produkt von 100+ 100 100 90-
Beispiel 100+ 80+ 100 90
2a 100 90+ 100 80-
2b 100 100 8o 80+
2c 90 100 70 80
2d 90 . 100 6o 90
2e 100+ 100 90 80-
2f 90 50- 80
3a 80 50
3b
3c
Die Proben werden 10-mal kräftig - zuerst vertikal und dann horizontal - mit einer Faserbürste, wie sie für Fußböden verwendet wird, abgerieben.
Die aus dem Alkohol gemäß der Erfindung erhaltenen Produkte (Beispiele 2a, 2b, 2c und 3a) sind klar überlegen, d.h. sie ergeben ausgezeichnete Abweisung sowohl ursprünglich als auch nach Abrieb. Das Produkt von Beispiel 2 entspricht der US-PS 3 398 182 (Claim 4), in der Harze beschrieben werden, von denen gesagt wird, daß sie besonders gute Abriebfestigkeit besitzen. Die obige Tabelle läßt die Überlegenheit der Verbindungen gemäß der Erfindung gegenüber diesen bekannten Verbindungen erkennen.
Aus den sekundären Alkoholen gemäß der Erfindung hergestellte Urethanharze ergeben ebenfalls wesentliche und unerwartete Eigenschaften bei verschiedenen Anwendungsbedingungen, wie sie bei ihrer Verwendung in der Praxis auftreten können. Dies wird durch die Beispiele 4 und 5 veranschaulicht.
Beispiel 4
In drei getrennten Herstellungsverfahren werden isocyanathaltige Produkte gleich denen von Beispiel 3.» jedoch unter Verwendung der
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in der folgenden Tabelle angegebenen fluorierten Reaktanten mit stöehiometrisehen Mengen an Gemischen von Äthylenimin und Allylalkohol im Molverhältnis 1:1 ^ Stunden am Rückfluß umgesetzt, wobei Harzkonzentrate, die äquimolare Mengen an diesen Reaktanten und dem fluorierten Reaktanten enthalten, erhalten werden. Diese Produkte werden in der Form einer 0,5$-igen Lösung in , das zur Verbesserung der Löslichkeit eine geringe Menge
an Aceton oder Äthylacetat enthält, auf Baumwollgewebe 80 χ 8θ aufgebracht, und das Gewebe wird bei drei verschiedenen Temperaturen getrocknet. Die Ergebnisse (gemessen durch AATCC Standard Test Method 118) sind:
ölabWeisung Fluorierter Reaktant 250C 1OQ0C 1650C
(4a) (C9F1gC2H4SCH2)2CH0H 5 6 5 (4b) C9F19C2H4SC2H4OH* "5 4 4
(4c) C9F19C2H4SH 5 - 2
36 Für die Herstellung siehe Beispiel I5
Mit dem aus dem sekundären Alkohol gemäß der Erfindung erhaltenen Produkt (Beispiel 4a) werden also überlegene Ergebnisse erzielt.
Beispiel 5
Nach dem Verfahren der Beispiele 3 und 4 hergestellte Harze, die aus dem Reaktionsprodukt von Trimethylolpropan, 2,4-Toluylendiisocyanat -und den in der folgenden Tabelle angegebenen Reaktanten A, B und C im Molverhältnis 1:3:1:1:1 bestehen, werden hergestellt, und aus einer 0,5#-igen Lösung in CH5CCl5 auf Baumwolltuch 80 χ 8θ aufgebracht und bei zwei Temperaturen gehärtet. Die Ergebnisse sind:
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Reaktanten B
if
Bewertung der Abweisung
250C 1500C öl Wasser öl Wasser
Alkohol von
Beispiel 1
Alkohol von CHxCH.
Beispiel 1 ~>\ x NH
'NH 5 100 5 90
CHx-CH^ 5 90+ 5 100 ^NH
Alkohol von
Beispiel 1
Alkohol von
Beispiel 1
NH
CH;
CH^CH
C6H5CH2OH 5 90+ 5 90+
(C2H5)2NH 5
Alkohol von
Beispiel 1
CHxCH
CH,
(C2H5)2N0H 5
90+ 5 90+
C9F19C2H4SH
CHx-CH >
x x NH
CH; 90 2 100
CH3-CHv NH
CH 1 100
Herstellung von Phosphatderivaten von sekundären Alkoholen
Phosphätderivate der sekundären Alkohole gemäß der Erfindung, die im Mittel 1 bis 2 fluorierte Alkoholmoleküle je Phosphoratom enthalten, können durch die folgende Formel dargestellt werden:
([Rf(CH2)nSCH2]2CH0)xP - Zx_:
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in der χ 1 bis 2 ist und Z so gewählt wird, daß die gewünschte Löslichkeit und Reaktivität erzielt wird. Z kann beispielsweise
.CH Cl, OH, -OC2H5, -OC2H4OH, -OC2H4N^
CH2
ONH4, -OC2H4N^ , -NHC2H4OH oder eine zweiwertige
CH3
Gruppe, wie -OC2H4O-, sein.
Diese Phosphatderivate eignen sich für.die Behandlung von Papier. Herstellung und Verwendung einer solchen Verbindung sind in Beispiel. 6 beschrieben.
Beispiel 6
Ein flammgetrockneter Kolben mit Rührer, Rückflußkühler und Stickstoffeinlaß wird mit 25 ml trockenem Tetrahydrofuran, >,06 g (0,02 Mol) destilliertem Phosphoroxychlorid und 4,3 g (0,04j Mol) destilliertem Triäthylamin beschickt. 44,6 g (O,o4 Mol) des sekundären Alkohols gemäß der Erfindung von Beispiel 1 in 100 ml trockenem Tetrahydrofuran werden tropfenweise unter Einhaltung einer Reaktionstemperatur von 200C zugesetzt. Nachdem die Hälfte des fluorierten Alkohols zugesetzt ist, wird die Reaktionstemperatur auf Rückflußtemperatur erhöht. Nach 3 Stunden wird das bernsteinfarbene Reaktionsgemisch abkühlen gelassen, und das Triäthylamin-hydroChlorid wird abfiltriert. Man erhält eine Lösung des Produktes
0
[(C9P19C2H4SCH2)2CH0 J2PCl
Ein Teil des Piltrats (entsprechend 0,0086 Mol) wird mit 0,9 g
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It
(0,009 Mol) destilliertem Triäthylamin und 0,20 g (0,013 Mol) destilliertem Wasser vermischt, und das Gemisch wird 2 Stunden zum Rückfluß erhitzt, gekühlt, filtriert und von Lösungsmittel befreit. Man erhält 15,2 g (Ausbeute 76$) eines gelb-braunen wachsartigen Materials, dessen Infrarotspektrum der folgenden Struktur entspricht:
0 J2CHO]2POH
Das Ä'thanolaminsalz wird hergestellt, indem man 2,3 g der wie oben beschrieben erhaltenen Säure in 50 ml trockenem Benzol löst und diese Lösung langsam zu 0,1 g Ä'thanolamin in am Rückfluß kochendem Benzol zusetzt. Es bildet sich sofort ein weißer Niederschlag, der nach Kühlen abfiltriert wird. Der Feststoff ist in einem Gemisch von Isopropanol/Wasser 1:1 löslich und er-■gibt ausgezeichnete Eigenschaften, wenn er auf Kraft-Papier aufgeklotzt wird, wie die folgende Tabelle zeigt:
% Feststoffe Ausrüstungs-
im Bad wert Spray
0,56 10 50
0,28 .9 50
Der "Ausrüstungswert" ("kit rating") ist definiert als diejenige Lösung mit der höchsten Nummer in der folgenden Tabelle, die in der Form von Tropfen 15 Sekunden auf der Oberfläche des Papiers bleibt, ohne in das Papier einzudringen, wie am Dunkelwerden erkennbar ist. Das Dunkelwerden selbst eines geringen Bruchteils des Gebietes unter dem Tropfen ist bereits als Ausfall anzusehen.
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IR-2020 Volumen Rizinusöl η - Volumen Heptan
200 0
Ausrüstungs- 18O Volumen Toluol 10
wert Nr. 16O 0 20
1 14O 10 30
2 120 20 40
100 30 50
4 80 40 60
5 60 50 70
6 40 60 80
7 20 70 90
8 0 8o 100
9 0 90 110
10 100
11 90
12
Weitere Beispiele für wertvolle Derivate, die aus den sekundären Alkoholen gemäß der Erfindung erhalten werden, sind in den Beispielen 7 Ms 11 gezeigt.
Herstellung von Acrylatestern von sekundären Alkoholen,
CH,
ι Ρ
[Rf(CH2JnSCHg]2CHOOCC=CH2 und Polymeren davon
Beispiel 7
Ein Gemisch von 112 g (0,1 Mol) des Alkohols von Beispiel 1, 12,1 g (0,12 Mol) Triäthylamin und 12,5 g (0,12 Mol) Methylacrylylchlorid in 250 ml CHgCIg wird 1 Stunde zum Rückfluß erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird filtriert, und das Piltrat wird dreimal mit 1^-igem HCl und dreimal mit Wasser gewaschen. Durch Abtrennen des Lösungsmittels und Molekulardestillation wird der Methacrylatester in guter Ausbeute erhalten. Durch Polymerisieren des Monomer in 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan unter Verwendung von α,α'-Azobisisobutyronitril als Katalysator wird eine Polymerlösung erhalten, die bei weiterer Verdünnung Textilien und Papier
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ig
gute öl- und Wasserabweisung verleiht. In gleicher Weise wird der Acrylsäureester des sekundären Alkohols und ein Polymer davon hergestellt. Auch Copolymere dieser Pluoralkylacrylate mit anderen äthylenisch ungesättigten Monomeren werden in gleicher V/eise hergestellt.
Herstellung eines Maleinsäureanhydridharzderivats von sekundärem Alkohol
Beispiel 8
Ein Gemisch von 50 g (0,4 Mol) Äthylen/Maleinsäureanhydrid-Harz (Monsanto EVÄ-21), 45 g (0,04 Mol) des Alkohols von Beispiel 1, 200 ml Xylol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wird 24 Stunden am Rückfluß gekocht, wobei ein teilweise verestertes Polymerprodukt erhalten wird. Das Lösungsmittel wird im Vakuum abgetrennt, und das Produkt wird in wäßrigem Ammoniak gelöst, so daß eine 1^-lge Lösung erhalten wird. Wenn diese Lösung auf 65/25 Dacron-Polyester/ Baumwollgewebe aufgeklotzt wird, wird das Gewebe öl- und schmutzabweisend gemacht.
Herstellung des Carbamats von sekundärem Alkohol
Beispiel 9
Ein 2-1-Kolben mit einer Destillationskolonne wird mit 560 g (0,5 Mol) des Alkohols von Beispiel 1, 49 g (0,5 Mol) H2NCOOC2H und 400 ml Toluol beschickt. Toluol wird abdestilliert, bis das System trocken ist. Dann werden 5 ml Tetraisopropylorthotitanat zugesetzt. Das Toluol/Ä'thanol-Azeotrop wird mit der Geschwindigkeit, mit der es sich bildet, abgetrennt, und die Umsetzung ist in etwa 5 Stunden beendet. Das Toluol wird unter vermindertem Druck abdestilliert, und der Rückstand wird zur Verfestigung In Schalen gegossen und an Luft getrocknet. Man erhält in ausgezeichneter Ausbeute das Produkt
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1!
, P 60 -
GH OH ι ι
Herstellung von schwefelhaltigem Diol R^2H4SCH2CH-CH2 und Derivaten davon
Beispiel 10a
Ein Kolben wird mit 58,6 g (0,1 Mol) des Epoxids
( CP ) gCP (CPg ) 6 ( CH2 ) gSCHgCH^ > CH2 ,
100 ml Wasser, 10ö ml Äthanol und 1 ml konzentrierter Salzsäure beschickt, und das Gemisch wird 18 Stunden gekocht. Durch Abdampfen der Lösungsmittel wird das gewünschte Produkt in guter Ausbeute erhalten.
Das Material kann auch nach dem in Beispiel 2 der Patentanmeldung P 22 59 709.7 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Beispiel 10b
Ein 500-ml-Kolben wird mit 50 g (0,09^ Mol) (CP^)2CP(CPg)6C2H11SH, 5*1 g (0,094 Mol) Natriummethoxid und 100 ml Methanol beschickt. Diesem Gemisch wird langsam Glycidol zugesetzt, während die Temperatur mittels eines Eisbades bei 250C gehalten wird. Nach Beendigung der Zugabe wird das Reaktionsgemisch 3 Stunden gerührt. Dann werden ihm I50 ml Wasser und eine ausreichende Menge an konzentrierter Salzsäure, um die Base zu neutralisieren, zugesetzt. Durch Extraktion mit 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan und Abdampfen des Lösungsmittels erhält man 55 g (CP3J2CP(CPg)6C2H4SCHgCH(OH)CHgOH, P 92 - 95°.
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IR-2020 für C 27,82 H 1 %o 59,75 S 5, 2342888 31
Analyse 2S: C 27,87 H 1 59,77 S 5, 50
Berechnet ,85 F
C14H11F19° ,97 P
Gefunden:
Die gemäß Beispielen 10a und 10b hergestellten Diole können zur Herstellung von Urethanen (Beispiel 11), die als Mittel, um Trägermaterialien öl- und wasserabweisend zu machen, sowie für Kondensationspolymerisationen unter Bildung von Polyestern, verwendet werden. Geeignete Polysäuren sind beispielsweise Adipinsäure, Phthalsäureanhydrid, Terephthalsäure, Pyromellitsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und die in Beispiel 14 der US-PS 3 471 beschriebene fluorhaltige Disäure. Carbamate des Diols von Beispiel 10 und insbesondere ihre methylolierten Derivate eignen sich als Textilbehandlungsmittel, um diese öl- und wasserabweisend zu machen, wi-e durch Beispiel 13 veranschaulicht. Das Gleiche gilt für die Acrylatester des Diols (Beispiele 14a und b).
Herstellung von Urethanharz von schwefelhaltigem Diol Beispiel 11
Ein trockener Kolben wird mit 25 ml Äthylacetat, 1,74 g (0,01 Mol) 2,4-Toluylendiisocyanat und 5,02 g (0,005 Mol) des Diols von Beispiel 10 beschickt. Ein Tropfen Zinnkatalysator (M & T Co1S T9-Produkt) wird zugesetzt, und die Umsetzung wird 1 1/2 Stunden bei 40 ablaufen gelassen. Dann werden 0,48 g (0,005 Mol) Phenol zugesetzt, und das Reaktionsgemisch wird 3 1/2 Stunden auf 50° erwärmt. Schließlich werden 0,22 g (0,005 Mol) Äthylenimin zugesetzt, und das Produkt wird 4 Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
Mit einer 0,5$-igen Lösung dieses Harzes in Methylchloroform besprühtes Baumwollgewebe ist stark öl- und wasserabweisend.
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Herstellung eines Alkydharzes aus schwefelhaltigem Diol
Beispiel 12
Ein Becher wird mit 35,1 g (0,05 Mol) des Diols von Beispiel 10, 2,8 g (0,03 Mol) Glycerin und 14,8 g (0,1 Mol) Phthalsäurean-. hydrid beschickt. Das Gemisch wird 2 Stunden auf einer Heizplatte auf 275 bis 3000C erhitzt. Das dabei gebildete Harz wird mit einem Gemisch von Toluol und Butylacetat 1:1 bis zu \% verdünnt. Es eignet sich, um Wildleder und Textilien öl- und wasserabweisend zu machen.
Herstellung eines Carbamats des schwefelhaltigen Diols Beispiel 13
Eine Lösung von 4,6 g (0,04 Mol) CP^COOH in 25 ml Benzol wird unter langsamem Rühren einem Gemisch von 12,1 g (0,02 Mol) R11CHgCHgSCHgCH(OH)CHgOH (hergestellt in Beispiel 10) und 2,6 g (0,04 Mol) Natriumcyanat in 50 ml Benzol zugesetzt. Das Gemisch wird 17 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Klebriges unlösliches Material wird von dem Reaktionsgemisch abfiltriert, und das Piltrat wird zweimal mit 50 ml heißem Wasser gewaschen und bei 4o bis 50° unter vermindertem Druck getrocknet, wobei man 13,0 g (Ausbeute 100^) eines weichen wachsartigen Peststoffes, der als das Carbamat der Formel (CP3JgCP(CPg)6CHgCHgSCHgOH(OH)CHgOCONHg angesehen wird, erhält. Infrarotspektrum und Eletnentaranalyse stimmen mit dieser Struktur überein.
Analyse für Γ> IT
C15H1 		2P1 NO S: C 27, 83 H 1 ,87 N 2, 16
Berechnet C 27, 57 H 1 ,93 N 1, 74
Gefunden:
Wenn diese Verbindung entweder allein oder zusammen mit dauerhaften Pressreaktanten (press reactants) auf Textilien aufgebracht wird, so wird das Gewebe dauerhaft öl- und wasserabweisend.
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Herstellung von Acrylaten des schwefelhaltigen Diols 2 3 4 2 ο ο Ο
Beispiel I4a
Einer eisgekühlten Lösung von 12,1 g (0,02 Mol) RpCH^CHpSCHiOHjCHpOH von Beispiel 10 und 2,0 g (0,02 Mol) TrI-
-L C~m £— CL
äthylamin in 75 ml wasserfreiem Äther wird unter Rühren Tropfen für Tropfen eine Lösung von 2,5 g (0,024 Mol) Methacrylylchlorid und 0,01 g p-Methoxyphenol in 25 ml wasserfreiem Äther zugesetzt. Das weiße Gemisch wird 2 1/2 Stunden am Rückfluß gekocht. Ein weißer Peststoff wird von dem Reaktionsgemisch abfiltriert und verworfen. Das Piltrat wird mit 100 ml Wasser, 100 ml 5^-iger NaOH-Lösung und 100 ml Wasser gewaschen, und mit wasserfreiem Calciumsulfat getrocknet. Dann wird das Lösungsmittel abgetrennt. Man erhält 11,7 g (Ausbeute 87$) an einem hellbraunen viskosen flüssigen Rückstand:
Analyse für C18H1 5P19O S: C 32, 16 H 2, 25 S 4, 77
Berechnet C 52, 23 H 2, 62 S 83
Gefunden: 14b
Beispiel
Einer eisgekühlten Lösung von 12,1 g (0,02 Mol) von RPCH0CH9SCH(OH)CH0Oh von-Beispiel 10 und 6,1 g (0,06 Mol) Triäthylamin in 75 ml 1,1,2-Tj.^ichlor-1>2,2-trifluoräthan wird Tropfen für Tropfen unter Rühren eine Lösung von 6,3 g (0,06 Mol) Methacrylylchlorid und 0,02 g p-Methoxyphenol in 25 ml 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan zugesetzt. Das weiße Gemisch wird 4 1/2 Stunden am Rückfluß gekocht. Ein weißer Feststoff wird von dem Reaktionsgemisch abfiltriert und verworfen. Das Filtrat wird mit 100 ml Wasser, 100 ml 5^-iger NaOH-Lösung und 100 ml Wasser gewaschen und mit wasserfreiem Calciumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel wird abgetrennt. Man erhält 14,5 g (Ausbeute 100$) eines hellbraunen viskosen flüssigen Rückstandes:
CH(0C0C(CH3)=CH2)CH200C(CH3)C=CH2.
409810/1233 - 22 -
73Ä2888
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Durch Polymerisation der Monomeren von Beispiel 16a und b in Lösung in 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan unter Verwendung von (!,oc'-Azobisisobutyronitril als Katalysator für 8 Stunden bei 700C werden Lösungen erhalten, die Leder und Textilien eine gute öl- und Wasserabweisung verleihen.
Gegenstand der Erfindung sind also auch die obigen schwefelhaltigen Diole und Derivate davon der Formel
OY OY'
Rf(CH2)nSGH2CH - CH2
in der Rf und η die oben angegebene Bedeutung haben und Y und Yf unabhängig voneinander Gruppen der folgenden Formeln sind: 0 0
-H, -CC(CH3)=CH2, -CCH=CH2
O und O
tt rt
-CNH2 -C
Weitere wertvolle Derivate der fluorierten Mercaptane sind die Reaktionsprodukte von Aminen mit den obigen Epoxiden, die gemäß der folgenden Reaktionsgleichung erhalten werden;
0 Rf OH
/—^CH2 + HN^ > Rf(CH2)nSCH2CH - CHgN
R ^
in der Rf und η die oben angegebene Bedeutung haben und R und R1 unabhängig voneinander H, Alkyl, substituiertes Alkyl sind oder Teil eines polymeren Systems sein können. Beispiele für Verbindungen dieser Klasse sind:
O t
-)2
OH
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OH
rh
OH CH2
-Jf
OH
Diese Verbindungen können leicht hergestellt werden, indem man mit oder ohne Lösungsmittel äquivalente Mengen des Epoxide und Amins vorsichtig zusammen erwärmt. Die zweite Verbindung beispielsweise wird erhalten, indem man 58,6 g (0,1 Mol) des Epoxids
mit 7,2- g (0,1 Mol) CH3NHC2H4OH 4 Stunden auf 400C erwärmt. Die anderen Verbindungen werden in gleicher V/eise aus leicht erhältlichen Aminen, einschließlich dem polymeren Ä'thylenimin, erhalten. Die Verbindungen- sind außerordentlich vielseitig verwendbare Zwischenverbindungen. Sie können für eine Verwendung als oberflächenaktive Mittel in Ammoniumsalze übergeführt werden. Sie können mit Äthylen- oder Propylenoxid zu nicht-ionischen Surfak-
409810/1233
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23A2888
IR-2020 - £
tants tungesetzt werden, und diese Kondensate können natürlich in Ammoniumsalze übergeführt werden. Wegen des reaktiven Hydroxyls ist es möglich, wertvolle Acrylatmonomere, Urethanharze und Carbamate herzustellen. Da diese Systeme kationisch gemacht werden können, sind sie von besonderem Wert, wenn Substantiv!tat erwünscht ist, beispielsweise um Kleidungsstücke im Haushalt öl- und wasserabweisend zu machen.
Herstellung von R-CpHj.SCpH2,OH und Derivaten davon
Beispiel 15
Diese Verbindung ist als ein weniger bevorzugter Alkohol in Beispiel 4 genannt.
Ein 500-ml-Kolben wird mit 100 ml Methanol, 5,4 g (0,1 Mol) Natriummethoxid und 55 g (0,1 Mol) (CP3)gCF(CFg)6C2H4SH beschickt, und das Gemisch wird 30 Minuten bei 50C gerührt. Dann werden dem Gemisch 4,6 g (0,105 Mol) flüssiges Äthylenoxid zugesetzt, während die Temperatur bei unter 5 gehalten wird. Nach Rühren für 1 Stunde werden 100 ml Wasser zugesetzt, und das Produkt wird mit konzentrierter Salzsäure gegen Lackmus angesäuert. Durch Extraktion mit 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan und Abdampfen des Lösungsmittels erhält man 41 g (CP3)2CP(CP2)6C2H4SC2H40H, Ρ 69 - 71°.
Analyse für C H P OS: C 27, 18 H 1 ,57 P 62, 86 S 5, 58
Berechnet C 26, 84 H 1 ,77 P 63, 18 S 5, 91
Gefunden:
Das Methacrylat wird wie folgt hergestellt: Ein 500-ml-Kolben wird mit 50 g (0,087 Mol) des wie oben erhaltenen Alkohols, 11,3 g (0,131 Mol) Methacrylsäure, 0,876 g p-Toluolsulfonsäure, 0,45 g NjN'-Diphenyl-p-phenylendiamin und 230 ml Xylol beschickt, und das Gemisch wird 8 1/2 Stunden unter Abtrennen von Wasser in einem
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- 25 -
IR-2020 . /
Phasenscheider am Rückfluß gekocht. Durch Fraktionieren im Vakuum erhält man 30 g flüssiges Monomer
^CH^ Kp 114°/O,13 mm.
C 31 ,78 H 2, 03 • ρ 56, 20 S 4, 99
C 31 ,35 H 2, 16 F 55, 89 S 5, 12
Analyse
Berechnet für C17H13P19O2S:
Gefunden:
Durch Polymerisation dieses Monomer in Lösung in 1,1,2-Trichlorig 2, 2-trifluoräthan unter Verwendung von α,α'-Azobisisobutyronitril als Katalysator für 8 Stunden bei 700C wird eine Lösung erhalten, die sich eignet, um Gewebe öl- und wasserabweisend zu machen.
Die oben beschriebenen Addukte und Harze gemäß der Erfindung können nach bekannten Methoden der Überzugsherstellung, wie Aufsprühen, Auftragen durch Walzen, Aufstreichen oder Eintauchen, aus einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel oder aus einer anionischen, kationischen oder nicht-ionischen Emulsion auf Oberflächen aufgebracht werden oder auch als Pulver oder haftende Stäube aufgebracht werden. Sie können aus leicht erhältlichen organischen Lösungsmitteln, wie Alkoholen, Ketonen,
Äthern und chlorierten Lösungsmitteln, aufgebracht werden. Sie können als einzige Komponente in der Behandlungsflüssigkeit oder als eine Komponente in einer komplexen Rezeptur mit mehreren Wirkstoffen, wie kosmetischen Artikeln, Wachsen, Glanzmitteln, Reinigungsgemischen und Behandlungsmitteln, verwendet werden. Beispiels weise wird eine ausgezeichnete Wasser-, öl- und Schmutzabweisung bei Textilgeweben, die gleichzeitig mit den Addukten gemäß der Erfindung und herkömmlichen Ausrüstungsmitteln, Mottenabweisungsmitteln, knitterfest machenden Harzen, Schlichtungsmitteln, Glättungsmitteln, Leimen, Antientzündungsmitteln, antistatischen Mitteln, Parbstoffixierungsmitteln und Wasserabweisungsmitteln, be handelt sind, erzielt. Bei der Behandlung von Papier können die Addukte als Wirkstoff in einem Wachs, einer Stärke, Kasein, einem
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Elastomer oder einer naßfest machenden- Harzformulierung anwesend sein. Wäßrige Emulsionen der Fluorkohlenstoffverbindungen eignen sich insbesondere für die Behandlung von Papier. Durch Einmischen des Adduktes in eine Anstrichmasse auf Wasser- oder ölgrundlage kann es auf ungestrichene Asbestverkleidungen, Holz, Metall und Mauerwerk aufgebracht werden. Für die Behandlung von Fußböden und Oberflächen von Ziegeln und dergl. Trägern können die Addukte in der Form einer Emulsion oder Lösung angewandt werden.
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Claims (1)

  1. IR-2020 · pnm AugUst 1973
    Patentansprüche
    Sekundärer (twin-tailed) Alkohol der Formel [R,
    in der η .1 bis 12 ist und FL, ein einwertiger fluorierter aliphatischer Rest mit 3 bis 15 Kohlenstoffatomen, der endständige Perfluormethylgruppen (an demjenigen Teil, der am weitesten von der Valenzbindung entfernt ist) und in der Gerüstkette außer Kohlenstoffatomen nur an Kohlenstoffatome gebundene Sauerstoffatome aufweist, während die übrigen Ele mente des Restes Kohlenstoffatome und Fluoratome sind, ist, wobei die Gerüststruktur eines solchen fluoraliphatischen Restes geradkettig oder verzweigtkettig ist.
    2. Methacrylsäureester des Alkohols von Anspruch 1.
    j5. Polymer aus polymerisieren Einheiten des Esters von Anspruch 2.
    4. Acrylsäureester des Alkohols von Anspruch 1.
    5. Polymer aus polymerisierten Einheiten des Esters von Anspruch 4.
    6. Carbamat des Alkohols von Anspruch 1.
    7. Urethanharz der Formel
    LNHCOOCH[CH2S(CH2) Rf]2
    r(\ /
    409810/1233
    - 28 -
    IR-2020 λ Q
    in der R ein Rest mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen, der frei ist von nicht-aromatischer Ungesättigtheit und zwar ein unsubstituierter Kohlenwasserstoffrest, ein alkoxysubstituierter oder chlorsubstituierter Kohlenwasserstoffrest oder ein Rest der Struktur, die derjenigen, die bei der Umsetzung eines Kohlenwasserstoffisocyanats oder eines alkoxysubstituierten oder chlorsubstituierten Kohlenwasserstoffisocyanats mit dem reaktiven Wasserstoff eines Hydrocarbylalkohols, Hydrocarbylmer cap tans, Hydrocarbylphenols, Hydro.carbyl thiophenols, einer Hydrocarbylcarbonsäure oder eines Hydrocarbylamins entsteht, entspricht, ist; W -NCO, -NHCONR1R1, -NHCOOR1 oder -NHCOSR1, worin die Reste R1 unabhängig voneinander H oder eine organische Gruppe sind, ist; m eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist; ρ eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist und m + ρ 2 bis 6 ist; η 1 bis 12 ist und Rf ein einwertiger fluorierter aliphatischer Rest mit 3 bis 15 Kohlenstoffatomen, der endständige Perfluormethylgruppen (an demjenigen Teil, der von der 'Valenzbindung am weitesten entfernt ist) aufweist und außer Kohlenstoffatomen in der Gerüstkette nur an Kohlenstoffatome gebundene Sauerstoffatome besitzt, während die übrigen Elemente des Restes Kohlenstoffatome und Pluoratome sind und die Gerüststruktur des fluoraliphatischen Restes geradkettig oder verzweigtkettig sein kann, ist.
    8. Urethanharz, dadurch gekennzeichnet, daß es das Reaktionsprodukt von 1 Mol Trimethylolpropan, 3 Mol Aryldiisocyanat und 1 Mol des sekundären Alkohols von Anspruch 1 ist.
    9· Urethanharz, dadurch gekennzeichnet, daß es das Reaktionsprodukt von 1 Mol Toluylendiisocyanat, 1 Mol Äthylenimirr oder Methylaziridin oder einem Gemisch davon und 1 Mol des sekundären Alkohols von Anspruch 1 ist.
    Verbindung der Formel:
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    - 29 -
    IR-2020
    Rf(CH2)nSCH2CH - CH2
    in der Rf die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung hat, η 1 bis 12 ist und Y und Y1 unabhängig voneinander -H,
    O 0 0 0
    -CC(CH3)=CH2, -CCH = CH2, -CNH2 oder -CN(CH2OH)2 sind.
    17. Fluoriertes Phosphat der Formel
    ([Rf(CH2JnSCH23
    in der χ 1 bis 2 ist und Z Cl, OH, -0
    -OC2H4N^I , ONH4 , -OC2H4NiT , -NHC2H4OH oder CH2 CH3
    -OC H4O- ist; η 1 bis 12 ist und Rf ein einwertiger fluorierter aliphatischer Rest mit 3 bis 15 Kohlenstoffatomen,der endständige Perfluormethylgruppen (an demjenigen Teil, der am weitesten von der Valenzbindung entfernt ist) aufweist und außer Kohlenstoffatomen in der Gerüstkette nur an Kohlenstoffatome gebundene Sauerstoffatome besitzt, während die übrigen Elemente des Restes Kohlenstoffatome und Fluoratome sind und die Gerüststruktur eines solchen fluoraliphatischen Restes geradkettig oder verzweigtkettig sein kann, ist.
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    - 30 -
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