DE2360145C3 - Quaternäre Phosphoniumsalze, ihre Herstellung und Verwendung als Retarder beim Färben von Polyacrylnitrilfasern - Google Patents
Quaternäre Phosphoniumsalze, ihre Herstellung und Verwendung als Retarder beim Färben von PolyacrylnitrilfasernInfo
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Description
einen acyclischen gesättigten Alkylrest mit 8 — 12 Kohlenstoffatomen, m 1 oder 2, X Cl oder Br und η
eine ganze Zahl zwischen 3 und 15 bedeutet
2. Verfahren zur Herstellung q;uaternärer Phosphoniumsalze
der Formel 1 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1 Mol Triphenylphosphin
mit 1-3 Mol eines Monoäthers des Polyäthy- !englykols der Formel !I
R-(OC2H4Jn-OH
(H)
in Gegenwart von 1-3 Mol HCl oder HBr zu quaternären Phosphoniumsalzen der Formel I in der
Schmelze oder im Überschuß der oxäthylierten Verbindung II als Lösungsmittel zwischen 10O0C
und 2000C bei gewöhnlichem Druck und unter Stickstoffatmosphäre in an sieh bekannter Weise
umgesetzt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—2, dadurch gekennzeichnet, daß als oxäthylierte Verbindungen
der Formel II die Addukte aus Butylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid, aus Laurylalkohol und 3,
9 und 15 Mol Äthylenoxid, aus Cetylalkohol und 3,6, 12 oder 15 Mol Äthylenoxid, oder aus iso-Octylphenol
und 3 Mol Äthylenoxid verwendet werden.
4. Verfahren zur Verwendung der quaternären Phosphoniumsalze der Formel I nach den Ansprüchen
1 —3 als Retarder beim Färben von Polyacrylnitrilfasern mit kationischen Farbstoffen, dadurch
gekennzeichnet, daß zum mit Farbstoff, Essigsäure, Natriumsulfat und Färbegut beschickten Färbebad
auf die Faser bezogen 0,1 — 2% quaternäre Phosphoniumsalze
der Formel 1 zugesetzt werden, das Färbebad auf 95-100° erhitzt und bei dieser
Temperatur bis zur Erschöpfung des Bades gefärbt wird.
5. Verfahren zur Verwendung der quaternären Phosphoniumsalze der Formel I nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die quaternären Phosphoniumsalze der Formel I in reiner Form oder
als Lösung im Überschuß der oxäthylierten Verbindung II, die als Quaternisierungsmittel verwendet
wurde, zum Färbebad gegeben wird.
Jn der Literatur sind Verfahren zur Darstellung quateraärer Phosphoniumverbindungen durch Quaternisierung
tertiärer Phosphine unter Anwendung von Alkylhalogeniden als Alkylierungsmitte! beschrieben
worden. Auch Alkohole wie Butylalkohol, 2-Buten-l,4-diol,
2-Methoxyäthanol, 2-Acetoxyäthanol oder Benzylalkohol
wurden gelegentlich als Alkylierungsmittel zur Darstellung quaternärer Phosphoniumverbindungen
eingesetzt In letzter Zeit sind quaternäre Phosphoniumverbindungen der allgemeinen Formel
A-(Y-Z)n-CH2-O-CH2P
in der französischen Patentschrift 10 68 685 beschrieben worden, worin A einen durch Halogen substituierten
Phenyl-, Diphenyl- oder Phenoxyphenyirest, Z einen zweiwertigen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit
1-5 Kohlenstoffatomen, Y ein Schwefel- oder Sauerstoffatom, X ein Chlor oder Bromatom und η = 0 oder 1
bedeutet
Die bisher bekannten quaternären Phosphoniumsalze haben den gemeinsamen Nachteil, daß zu ihrer
Darstellung teure oder schwer zugängliche Rohstoffe notwendig sind und daß Verfahren verwendet werden,
deren technische Durchführung nicht befriedigend gelöst werden konnte. Auch das Problem, die oft
ungenügend stabilen quaternären Phosphoniumsalze in einer handlichen Form dem Verbraucher zur Verfügung
zu stellen, kann als ungelöst betrachtet werden. Daher haben quaternäre Phosphoniumverbindungen noch
keine technische Bedeutung, zum Beispiel als Hilfsmittel in der Textilindustrie, erlangt.
Es wurde nun gefunden, daß die bisher nicht bekannten qua ternären Phosphoniumsalze der Formel I
[(C6H5J3-P-(C2H4O)11-R]+ Χ" (I)
worin R einen acyclischen gesättigten Alkylrest mit 4—18 Kohlenstoffatomen oder
r;„.r'
einen acyclischen gesättigten Alkylrest mit 8— H-Kohlenstoffatomen,
m 1 oder 2, X ein Chlor- oder Bromatom und η eine ganze Zahl zwischen 3 und 15
bedeutet, durch ein einfaches Verfahren zugänglich sind. Hierzu wird 1 Mol Triphenylphosphin mit 1—3 Mol
einer oxäthylierten Verbindung der Formel Il
R-(OC2FU)11-OH
in Gegenwart von 1—3 Mol HCl oder HBr behandelt.
Die Reaktion verläuft nach der Gleichung
(C6H5J3P + R-(OC2H4Jn-OH + HX
-[(C6H5J3P-(C2H4O)n-R] + X- + H2O
-[(C6H5J3P-(C2H4O)n-R] + X- + H2O
Die vorliegende Erfindung betrifft quaternäre Phosphoniumsalze, ein Verfahren zu derer Herstellung und
deren Verwendung als Retarder beim Färben von Polyacrylnitrilfasern oder Fasern aus (Kopolymeren des
Polyacrylnitril mit kationischen Farbstoffen.
in der Schmelze oder im Überschuß der oxäthylierten Verbindung II als Lösungsmittel, bei Temperaturen
zwischen 100°C und 200°C, vorzugsweise zwischen
130°C und 170°C, bei gewöhnlichem Druck und unter Stickstoffatmocphäre. Die als Ausgangsstoffe verwendeten
Monoäther der Polyäthylenglykole II sind leicht
zugängliche, billige Zwischen- und Endprodukte der Waschmitteündustrie. Als vorzugsweise Beispiele von
Verbindungen der Formel Il seien genannt: das Addukt aus Butylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid, aus iso-Octylphenol
und 3 Mol Äthylenoxid, aus Laurylalkohol und 3, 9 oder 15 Mol Äthylenoxid, aus Cetylalkohol und 3,6,9,
12 oder 15 Mol Äthylenoxid. Für das erfindungsgemäße
Verfahren ist es gleichgültig, ob chemisch einheitliche Verbindungen der Formel II oder Gemische solcher
Verbindungen, wo sich die einzelnen Komponenten des Gemisches durch π unterscheiden, verwendet werden.
Nicht veräthertes Polyäthylenglykol, das oft in solchen Gemischen enthalten ist, stört die Reaktion nicht
Die bei der Reaktion entstandenen quaternären Phosphoniumsalze können in reiner Form durch
Ausfällen mit einem organischen Lösungsmittel, in welchem die Ausgangsstoffe löslich, die Phosphoniumsalze
aber unlöslich sind, durch Fällen mit einem Anion mit großem Volumen und nachfolgende Zersetzung des
«ntstandenen Komplexes oder durch präparative Dünnschicht-Chromatographie dargestellt werden,
doch ist eine Reindarstellung für die Verwendung als Retarder nicht unbedingt notwendig. Es können auch
die Lösungen der quaternären Phosphoniumsalze im Überschuß der eingesetzten oxäthylierten Verbindung
II verwendet werden, so wie sie bei der Darstellung anfallen. Diese Lösungen sind wesentlich stabiler als die
reinen Phosphoniumsalze und können längere Zeit aufbewahrt werden.
Die reinen quaternären Phosphoniumsalze der Formel I sind sehr hygroskopische, farblose kristalline
Festkörper oder zäher Flüssigkeiten.
Die erfindungsgemäßen quaternären Phosphoniumsalze I besitzen hervorragende Eigenschaften als
Retarder beim Färben von Polyacrylnitrilfasern oder Fasern aus Copolymeren des Polyacrylnitrile mit
kationischen Farbstoffen. Im Vergleich zu den handelsüblichen kationischen Retardern zeigen sie eine
befriedigende Retarderwirkung schon bei sehr niedrigen Konzentrationen wie 0,1-0,2% (auf die Faser
bezogen). Ihre Wirkung wird durch nichtionogene Tenside nicht beeinflußt und wird bei längerer
Färbedauer schwächer, so daß eine bessere Erschöpfung des Färbebades möglich ist.
Gefärbt wird nach bekannten Verfahren zum Färben von Polyacrylnitrilfasern mit kationischen Farbstoffen,
nur wird der übliche Retarder durch die vorgeschriebene Menge quaternärer Phosphoniumsalze I ersetzt.
Bisher sind quaternäre Phosphoniumsalze nicht als
Retarder beim Färben von Polyacrylnitrilfasern verwendet worden.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
In den Beispielen ist die für η in der allgemeinen Formel eingesetzte Zahl als Mittelwert zu verstehen,
der eine einheitliche chemische Verbindung kennzeichnet, die dem tatsächlich eingesetzten Gemisch von
Hydroxyverbindungen II oder quaternären Phosphoniumsalzen I äquivalent ist.
In einem Vierhalskolben mit Rührwerk, Rückflußkühler, Thermometer und einem Rohr zum Einleiten von
Stickstoff werden 13,1 g (0,05 Mol) Triphenylphosphin und 19,0 g (0,10 Mol) des Addukts aus Butylalkohol und
3 Mol Äthylenoxid vermischt. Die Luft wird durch Stickstoff verdrängt und über dam Gemisch eine
Stickstoffatmosphäre durch ständiges Einleiten von Stickstoff aufrechterhalten. Das Gemisch wird mit
730 g (0,20 Mol) HCl in Form einer konzentrierten
Lösung in Wasser versetzt und unter Rühren auf 150° erhitzt Diese Temperatur wird so I?.nge gehalten, bis
kein Wasser mehr abdestilliert, wodurch das Ende der Reaktion gekennzeichnet wird. Der Umsatz beträgt
100%. Die erhaltene Verbindung
[(C6H5J3P - (C2H4O)3 - C4H9]+CI -
ίο wird aus dem Gemisch der Reaktionspartner durch
Verdünnen mit der vierzigfachen Menge wasserfreiem Äthylacetat gefällt, bei einer niedrigeren Temperatur als
der Erstarrungspunkt des Phosphoniumsalzes. Nach dem Filtrieren wird der Niederschlag in einem
Vakuumexsikkator in Gegenwart von P2O5 von Resten
des Äthylacetats befreit
Das Fällen des Endproduktes zu seiner Reindarstellung kann auch mit Tetrachlorkohlenstoff oder Benzol
erfolgen.
Das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn mit einem größeren Überschuß an oxäthylierter Verbindung
gearbeitet wird, doch ist die Zugabe einer größeren Menge als 3 Mol auf 1 Mol Triphenylphosphin nicht
zweckmäßig.
Wird anstelle von HCl 12,15 g (0,15 Mol) HBr in Form einer konzentrierten wäßrigen Lösung verwendet, so
wird in quantitativer Ausbeute
[(C6Hs)3P - (C2H4O)3 - C4H9]+ Br -
erhalten. Bei Verwendung von HBr verläuft die Reaktion schneller als mit HCI.
In einem Kolben wie bei Beispiel 1 werden 13,1 g (0,05
Mol) Triphenylphosphin und 19,0 g (0,10 Mol) des Addukts aus Butylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid
vermischt. Die Luft wird durch Stickstoff verdrängt und dann bei 150° ein kontinuierlicher Chlorwasserstoffstrom
bis zum Ende der Reaktion eingeleitet. Die Reaktion ist beendet, wenn kein Wasser mehr
abdestilliert. Die Verbindung
[(C6Hs)3P - (C2H4O)3 - C4H9]+Cl-
wird in quantitativer Ausbeute erhalten. Die Reaktion verläuft schneller als bei Beispiel 1.
Die Reindarstellung kann wie bei Beispiel 1 erfolgen.
-0 In einem Kolben wie bei Beispiel 1 werden 13,1 g(0,05 Mol) Triphenylphosphin und 47,5 g (0,15 Mol) des
Addukts aus Laurylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid vermischt. Unter Stickstoffatmosphäre werden 3,65 g
(0,10 Mol) HCl in Form einer konzentrierten Lösung hinzugegeben. Unter Rühren wird der Kolbeninhalt auf
160" erhitzt. Wenn kein Wasser mehr abdestilliert, werden noch 1,82 g (0,05 Mol) HCl hinzugefügt und die
Reaktion bei 160° weitergeführt. Dieser Vorgang wird noch einmal wiederholt, so daß die Gesamtmenge des
hinzugefügten HCl 7,30 g (0,20 Mol) beträgt. Die Reaktion ist beendet, wenn kein Wasser mehr
abdestilliert. Die Reindarstellung kann wie bei Beispiel 1 erfolgen, die Ausbeute an
ist quantitativ·.
Werden anstelle von HCI 12,15 g (0,15 Mol) FIBr in Form einer konzentrierten Lösung verwendet, so wird
in quantitativer Ausbeute das entsprechende Bromid erhalten.
In einem Kolben wie bei Beispiel 1 werden 13,1 g (0,05
Mol) Triphenylphosphin und 53,0 g (0,15 Mol) des Adduks aus Cetylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid
vermischt. Unter Stickstoffatmosphäre werden 3,65 g (0,10 Mol) HCl in Form einer konzentrierten Lösung
hinzugegeben und der Kolbeninhalt auf 170 erhitzt. Während der Reaktion werden weitere 0,15 Mol HCl in
3 Portionen hinzugefügt. Die Reaktion ist beendet, wenn kein Wasser mehr abdestilliert. Die Ausbeute an
[(C6Hs)3P-(C2H4O)3-C16H3J + Cl-
ist quantitativ. Die Reindarstellung kann wie bei Beispiel 1 erfolgen.
Wird das Addukt aus Cetylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid durch die äquivalente M°nge des Addukts
aus Cetylalkohol und 6, 9, 12 oder 15 Mol Äthylenoxid
ersetzt, werden die entsprechenden Phosphoniumsalze ebenfalls in quantitativer Ausbeute erhalten. Bei
steigendem Oxäthylierungsgrad verläuft die Reaktion langsamer.
Wird anstelle des Addukts aus Cetylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid die äquivalente Menge des Addukts aus
iso-Octylphenol und 3 Mol Äthylenoxid ν erwendet, so
wird
[(C6Hs)3P-(C2H4O)3-C6H4-C8H,?]+^
in quantitativer Ausbeute erhalten.
in quantitativer Ausbeute erhalten.
In eine Färbeflotte, die in einem Liter Wasser 0,6 g 4O°/oige Essigsäure, 3 g wasserfreies Natriumsulfat,
0,15 g Maxiionschwarz B und 0,06 g
[(C6Hu)3P-(C2H4O)3-C12H25I+Cl-
enthält, wird bei 40° mit 30 g Polyacrylnitrilfasern vom Typ Melana eingegangen. Innerhalb von 30 Minuten
wird auf 95-100° erhitzt und 90 Minuten bei dieser Temperatur gefärbt. Nach Beendigung des Färbeprozesses
wird das gefärbte Gut gespült und getrocknet.
Die Probe ist gleichmäßig gefärbt, zum Unterschied zu einer anderen Probe, die unter gleichen Bedingungen,
jedoch in Abwesenheit eines Retarders, gefärbt wurde und deutliche Ungleichmäßigkeiten der Färbung aufweist.
Das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn 0,06 g oder 0,6 g des in diesem Beispiel genannten Phosphoniumsalzes
in Form einer 40%igen Lösung des Addukts aus Laurylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid dem Färbebad
hinzugefügt wird oder wenn anstelle der Chloride die gleiche Menge Bromide verwendet wird.
In eine Färbeflotte, die in einem Liter Wasser 0,6 g
4O°/oige Essigsäure, 3 g wasserfreies Natriumsulfat, s 0,15 g Maxilonblau GRL, 1 g nichtionogenes wasserlösliches
Hilfsmittel (»Romopal O«, oxäthylierter Fettalkohol)
und 0,06 g
[(C6H5)JP-(C2H4O)3-C12H25]^CI-
enthält, wird mit 30 g Polyacrylnitrilfasern vom Typ Melana eingegangen und wie bei Beispiel 5 gefärbt Die
fertige Probe ist gleichmäßig gefärbt wie bei Beispiel 5.
ij In eine Färbeflotte, die in einem Liter Wasser 0,6 g
40%ige Essigsäure, 3 g wasserfreies Natriumsulfat, 0,15 g Maxilonblau GRLund 0,03 g
[(C6Hs)3P-(C2H4O)3-C12H2S]+CI-
in Form einer 40%igen Lösung im Addukt aus
Laurylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid enthält, wird mit 30 g Polyacrylnitrilfasern vom Typ Melana eingegangen
und wie bei Beispiel 5 gefärbt. Die fertige Probe ist gleichmäßig gefärbt wie bei Beispiel 5.
In eine Färbeflotte, die in einem Liter Wasser 0,6 g
4O°/oige Essigsäure, 3 g wasserfreies Natriumsulfat, 0,15 g Maxilonblau GRLund 0,06 g
[(C6H5)3P-(C2H4O)3-C4H<0+CI-
in Form einer 40%igen Lösung im Addukt aus Butylalkohol und 3 MoI Äthylenoxid enthält, wird mit
30 g Polyacrylnitrilfasern vom Typ Melana eingegangen und wie bei Beispiel 5 gefärbt. Die fertige Probe ist
gleichmäßig gefärbt wie bei Beispiel 5.
Das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn 0,06 g
Das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn 0,06 g
[(C6Hs)3P-(C2H4O)1-C6H3J+Cl-
in Form einer 40%igen Lösung im Addukt aus Cetylalkohol und 3 Mol Äthylenoxid oder 0,06 g
[(C6Hs)3P-(C2H4O)3-C6H4-C8H,?]+^
in Form einer 40%igen Lösung im Addukt aus iso-Octylphenol und 3 Mol Ä thylenoxid oder 0,06 g
[(C6Hs)3P-(C2H4O)6-C16H3J+Cl-
in Form einer 40%igen Lösung im Addukt aus Cetylalkohol und 6 Mol Äthylenoxid oder 0,06 g
■° [(C6Hs)3P-(C2H4O)15-C16H1J'Cl-
in Form einer 40%igen Lösung im Addukt aus Cetylalkohol und 15 Mol Äthylenoxid oder wenn statt
der Chloride die gleiche Menge der entsprechenden Bromide verwendet wird.
Claims (1)
1. Quatemäre Phosphoniumsalze, gekennzeichnet
durch die allgemeine Formel
[(C6Hs)3-P-(C2H4O)n-R]+
(D
worin R einen acyclischen gesättigten Alkylrest mit
4-18 Kohlenstoffatomen oder
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