DE2417991A1 - Thiophosphorsaeureamide, verfahren zu deren herstellung und deren anwendung - Google Patents

Thiophosphorsaeureamide, verfahren zu deren herstellung und deren anwendung

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DE2417991A1 DE19742417991 DE2417991A DE2417991A1 DE 2417991 A1 DE2417991 A1 DE 2417991A1 DE 19742417991 DE19742417991 DE 19742417991 DE 2417991 A DE2417991 A DE 2417991A DE 2417991 A1 DE2417991 A1 DE 2417991A1
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Description

  • THIOPHOSPHORSÄUREAMIDE, VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG UND DEREN ANWENDUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf neue Verbindungen -Thiophosphorsäureamide, auf deren Herstellungsverfahren und Anwendung.
  • Die genannten Verbindungen können zum Schutz von Polymeren gegen thermooxydativen Abbau bei der Verarbeitung und dem Betrieb angewendet werden sowie als thermooxydative und korrosionsverhütende Zusatze zu den FQhlenwasserstofftreibstoffen und ohlenwasserstoffölen dienen.
  • Bekannt sind Phenolstabilisatoren, beispielsweise 2,2'-Methylenbis(4-methyl-6-ditert.-buthylphenol) oder 4,4'-Thio-bis(3-methyl-6-tert.-butylphenol) und Aminstabilisatoren wie N,N'-Diphenyl-und N , N' -Dinaphthyl-p-phenylendiamin, N-Phenyl-ß-naphthylamin u.a, die zur Polymerstabilisation verwendet werden.
  • Phenolstabilisatoren für einige Polymere sind jedoch ungenügend wirksam, d.h., sie schützen das Polymere vor Alterung nicht ausreichend. Zwecks Erhöhung ihrer Wirksamkeit kommen deshalb synenergetische Zusätze zur Anwendung. Die Phenolstabilisatoren verfärben außerdem die Polymeren bei ihrer Erhitzung.
  • Aminstabilisatoren besitzen eine höhere Inhibierungsaktivität gegenüber Phenolstabilisatoren, verfärben aber Polymere stark und lassen sich nur unter Einführung von Dunkelpigmenten in Polymere verwenden. Viele Stabilisatoren sind außerdem sehr flüchtig, und das Polymere verliert sie im Laufe der Verarbeitung.
  • Zweck der Erfindung ist der, die genannten Nachteile zu vermeiden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Verbindungen -Thiophosphoramide, die den Polymeralterungsvorgang verhindern können und eine niedrige Flüchtigkeit und Löslichkeit in verschiedenen Lösungsmitteln besitzen, zu entwickeln.
  • Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die genannten Verbindungen erfindungsgemäß durch folgende Formel gekennzeichnet werden: worin R1 eine primäre oder sekundäre Aminogruppe oder Naphthylamin, R2 und R einen aliphatischen und/oder aromatischen Alko-3 holrest, einen aliphatischen und/oder aromatischen Aminrest bedeuten. Bevorzugt sind die Bedeutungen, wobei R1 Anilin- oder Naphthylderivate und R2 und R3 einen verzweigten oder unverzweigten aliphatischen C1-C20-Alkohol, ein Phenol oder Naphtholderivat, insbesondere einen aliphatischen Alkohol mit 4-12 C-Atomen bedeuten. Der aliphatische Aminrest der sollte 1-20, vorzugsweise 4-12 C-Atome aufweisen, während der aromatische vorzugsweise ein Anilin- oder Naphthylaminrest ist.
  • Die genannten Thiphosphorsäureamide stellen kristalline Verbindungen dar, deren Schmelzpunkt zwischen 80 und 3000C liegt. Die vorgeschlagenen Verbindungen sind in organischen Lösungsmitteln, beispielsweise in Aceton, Benzol, Dimethylformamid löslich, und in Wasser und sauren oder alkalischen Lösungen unlöslich.
  • Die Thiophosphorsäureamide sind polyfunktionelle Polymeralterungsschutzmittel, weil sie mehrere funktionelle Gruppen enthalten, die fähig sind, Alterungsvorgänge zu verzögern.
  • Der Erfindungsgegenstand bildet auch ein Verfahren zur Herstellung von Thiophosphorsäureamiden, bestehend darin, daß man Tetraphosphordekasulfid mit primären oder sekundären aromatischen Aminen in einem organischen Lösungsmittel beispielsweise in aromatischen Halogenwasserstoffen bei einer Temperatur von 100 bis 150C unter anschließender Abkühlung des Reaktionsgemisches auf 20 bis 50C umsetzt, dem abgekühlten Reaktionsgemisch aliphatischen oder aromatischen Alkohol oder aromatisches oder aliphatisches Amin zugibt, das erhaltene Reaktionsgemisch auf 100 bis 1500C unter anschließender Abkühlung desselben auf 20 bis 50 0C erhitzt, das organische Lösungsmittel aus dem abgekühlten Reaktionsgemisch abdestilliert und aus dem erhaltenen Rückstand das Endprodukt kristallisiert.
  • Die nach diesem Verfahren hergestellten Thiophosphorsäureamiae sind erfindungsgemäß Alterungsschutzrnittel für Polymere.
  • Als Stabilisatoren in verschiedenen Polymeren untersuchte Thiophosphorsäureamide haben eine hohe Wirksamkeit gezeigt.
  • Sie übersteigen bedeutend Phenolstabilisatoren, wie 2,2'-Methylen-bis(4-mehylen-6-ditert.-butylphenol), und Aminstabilisatoren, beispielsweise N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin, N-Phenyl-ß-naphthylamin.
  • Thiophosphoramide färben praktisch Polymere im Laufe der Alterung nicht, und sie sind deshalb für die Anwendung auch in hellen Polymermischungen zu empfehlen.
  • Das Verfahren zur Herstellung von Thiophosphorsäureamiden wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt.
  • In einen mit Rührwerk, Thermometer und Rückflußkühler versehenen Dreihalskolben werden sekundäres aromatisches Amin, Tetraphosphordekasulfid und Chlorbenzol eingebracht. Man erhitzt das Reaktionsgemisch bei 1320C während 2 Stunden, kühlt dann das Gemisch auf 500C ab und bringt darin aliphatisches Amin ein. Der Kolben wird bei 13200 während 6 Stunden erhitzt, bis die Schwefelwasserstoffentwicklung auSlort. Nach der Reaktionsbeendigung kühlt man den Kolben auf 2000 ab und destilliert zwei Drittel des Lösungsmittelvolumens ab. Aus dem Rückstand wird das Endprodukt kristallisiert.
  • Zur Synthese von Thiophosphorsäureamiden wird Tetraphosphordekasulfid (P4S10) verwendet, das durch Umkristallisation aus aromatischen HalogenvOrbindungen, Ch5or- Brom- und Jodbenzol vorgereinnigt wird. Es wurde festgestellt, daß P4S10 folgende Löslichkeit in den genannten Lösungsmitteln hat.
  • Temperatur, P4S10-Konzentration in der Lösung, Gew.-% °C Chlorbenzol Brombenzol Jodbenzol 60 0s33 0,39 0,33 100 0,95 1,15 0,84 120 1,80 1,85 1,44 140 - 3,0 2,5 160 - - 4,87 Nach der Umkristallisation wird P4S10 als hellgelbe Kristalle erhalten, deren Schmelzpunkt zwischen 270 und 271o liegt. Die Nachkristallisation ändert die Schmelztemperatur nicht.
  • Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden folgende konkrete Beispiele angeführt.
  • Beispiel 1 Synthese von Thiophosphorsäure-(N-phenyl-ß-naphthyl,dibuthyl)-triamid Ein mit Rührwerk, Thermometer und Rückflußkühler versehener Dreihalskolben wird mit 0>2 Mol N-Phenyl-ß-naphthylamin, 0,05 Mol Tetraphosphordekasulfid (P4S10) und 150 ml Chlorbenzol gefüllt. Man erhitzt das Reaktionsgemisch bei 1320C während 2 Stunden, kühlt dann den Kolben auf 500C ab und bringt darin 0,4 Mol n-Butylamin ein. Der Kolben wird bei 1320C während 6 Stunden erhitzt, bis die Schwefelwasserstoffentwicklung aufhört. Nach der Reaktionsbeendigung kühlt man den Kolben auf 20 0C ab und destilliert zwei Drittel des Lösungsmittelvolumens ab. Aus dem Rückstand wird das Triamid kristallisiert. Die Ausbeute beträgt 50, Schmp. 2250C. Elementarzusammensetzung: Berechnet, : C 67,76; H 7,53; N 9,88; P 7,29 gefunden, %: C 67,52; H 7,16; N 9,43; P 7,80.
  • Beispiel 2 Syntese von Thiophosphorsäure-(N-phenyl-ß-naphthyldiphenyltriamid Ein Dreihalskolben wird mit 0,2 Mol N-Phenyl-ß-naphthylamin, 0,05 Mol Tetraphosphordekasulfid (P4S10) und 150 ml Brombenzol gefüllt. Man erhitzt das Reaktionsgemisch während 2 Stunden bei 150°C. Der Kolben wird dann auf 20°C abgekühlt, und darin werden 0,4 Mol Anilin eingebracht. Man erhitzt den Kolben bei 132°C während 6 Stunden bis die Schwefelwasserstoffentwicklung aufhört. Nach der Reaktionsbeendigung kühlt man den Kolben auf 20°C ab unddestilliert zwei Drittel des Brombenzols ab. Aus dem Rückstand wird das Triamid kristallisiert.
  • Die Ausbeute beträgt 86%, Schmp. 2720C.
  • Elementarzusammensetzung: Berechnet,%: C 71,81; H 5,29; N 9,26; P 6,72 gefunden, : C 72,26; H 5,16; N 9,03; P 6,67.
  • Beispiel 3 Synthese von Thiophosphors äuretetraphenyltriamid Ein Dreihalskolben wird mit 0,2 Mol Diphenylamin, 0,5 Mol Tetraphosphordekasulfid (P4S10) und 150 ml Chlorbenzol gefüllt.
  • Das Reaktionsgemisch erhitzt man unter Rühren während 2 Stunden bei 132°C, bringt dann 0,4 Mol Anilin in den Kolben nach der Abkühlung auf 50 0C ein. Die Reaktion dauert 5 bis 7 Stunden. Nach der Reaktionsbeendigung wird der Inhalt wie im Beispiel 1 behandelt. Man erhält das Triamid als weiße kristalline Substanz in 80%-iger Ausbeute. Der Schmelzpunkt beträgt 2250C.
  • Elementarzusammensetzung: Berechnet, %: C 64,40; H 5,30; N 10,1; P 6,47 gefunden, %:m C 64,66; H 5,02; N 9,73; P 6,95.
  • Beispiel 4 Syntese von Dinonylthiophophorsäure-(N-phenyl-ß-napthyl)-amid Ein wie im Beispiel 1 ähnlicher Apparat wird mit 0,2 Mol N-Phenyl-ß-napthylamin, 0,05 Mol Tetraphosphordekasulfid (P4S10) und 150 ml Chlorbenzol gefüllt. Die Reaktion erfolgt ähnlich wie im Beispiel 1 beschrieben. Nach 2 Stunden kühlt man den Kolben ab und bringt 0,45 Mol n-Nonylalkohol bei 50°C ein.
  • Die Reaktion wird bei 1320C während 10 Stunden durchgeführt.
  • Nach der Reaktionsbeendigung kühlt man das Reaktionsgemisch auf 30 0C ab und destilliert zwei Drittel des Lösungsmittels ab und trennt das kristalline Amid ab. Die Ausbeute beträgt 60%. Der Schmelzpunkt liegt bei 140°C.
  • Elemen-tarzusammesetzung: Berechnet, %: C 71,95; H 8,81; N 2,46; P 5,45 gefunden, %: C 72,36; H 8,47; N 2,81; P 5,95.
  • =. 5 Syntese von Thiophosphorsäuretri-(N-phenetylamid) Ein Kolben wird mit 0,1 Mol p-Phenetidin, 200 ml Chlorbenzol und 0,025 Mol Tetraphosphordekasulfid (P4S10) gefüllt. Die Reaktion erfolgt ähnlich dem Beispiel 1. Nach der Abkühlung des Reaktionsgemisches auf 500C bringt man darin 0,2 Mol p-Phenetidin ein. Das Gemisch wird bei 1320 C während 6 Stunden erhitzt, bis die Schwefelwasserstoffentwicklung aufhört.
  • Nach der Reaktionsbeendigung kühlt man das Gemisch auf 200C ab und destilliert zwei Drittel des Chlorbenzols ab. Nach der Chlorbenzolabdestillisation wird das Thiophosphorsäuretri (pphenetylamid) aus dem Rückstand kristallisiert. Die Ausbeute beträgt 7856. Der Schmelzpunkt liegt bei 1860C.
  • Elementarzusammensetzung: Berechnet, 56: C 61,14; H 6,37; P 6,58; N 8,92 gefunden, 56: C 61,38; H 6,83; P 6,93; N 9,15.
  • Beispiel 6.
  • Synthese von Diisoamylthiophosphorsäure-(N-isopropyl-diphenylamino)-amid Ein Kolben wird mit 0,6 Mol N-Phenyl-N-isopropyl-p-phenylendiamin, 300 ml Chlorbenzol und 0,15 Mol Tetraphosphordekasulfid gefüllt. Das Reaktionsgemisch wird während 4 Stunden bei 1320C erhitzt. Man kühlt dann den Kolben auf 200C ab und bringt 1,2 Mol Isoamylalkohol ein. Man erhitzt das Reaktionsgemisch auf 1320C wieder und führt die Reaktion während 7 Stunden durch. Nach der Reaktionsbeendigung trennt man das Endprodukt wie im Beispiel 1 beschrieben ab. Die Ausbeute beträgt 9456. Der Schmelzpunkt liegt bei 25°C.
  • Elementarzusammensetzung: Berechnet, 56: C 64,93; H 8,44; N 6,06; P 6,71 gefunden, %: C 64,41; H 8,84; N 5,91; P 7,21.
  • Beispiel 7 Synthese von Thiophosphorsäure-(N-phenyl-ß-naphthyldioctadecyl) -triamid Ein Kolben wird mit 0,2 Mol N-Phenyl-ß-naphthylamin, , 0,05 Mol Tetraphosphordekasulfid und 150 ml Chlorbenzol gefüllt. Das Reaktionsgemisch wird während 2 Stunden bei 1300C erhitzt.
  • Nach der Abkühlung auf 200C bringt man in den Kolben 0,4 Mol Octadecylamin ein. Die Reaktion erfolgt bei 1300C während 6 Stunden. Die Abtrennung des Endprodukts verwirklicht man wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Ausbeute beträgt 95.
  • Elementarzusammensetzung: Berechnet, %: C 77,05; H 10>46; N 4s99; P 3,68 gefunden, %: C 76,75; H 10,41; N 5,31; P 3,25.
  • Beispiel 8 Alle als Alterungsschutzmittel für Polymere untersuchten Thiophosphorsäureamide wurden unter Bedingungen, die denen im Beispiel 1 ähneln, aus entsprechenden Ausgangsreagenzien erhalten.
  • Thiophosphorsäureamide wurden als Alterungsschutzmittel in Polypropylen, Niederdruckpolyäthylen bei 2000C und 300 Torr Sauerstoffdruck, Polyamidfasern bei 2000C und schlagfestem Polystyrol geprüft.
  • Die Stabilisatoren wurden in Polymere wie folgt eingeführt: 1. Bei unlöslichen Stabilisatoren vermischte man die Stabilisatoreinwaage mit einem Lösungsmittel (Hexan, Aceton) und verrieb in einem Mörser. Dann brachte man in den Mörser das Polymere ein und verrieb das Gemisch gleichmäßig bis zum Verdampfen des Lösungsmittels. Das erhaltene Pulver wurde bei 2000C unter 50 atm Druck während 10 min gepreßt.
  • 2. Bei löslichen Stabilisatoren löste man die Stabilisatoreinwaage in einem geeigneten Lösungsmittel (Hexan, Aceton, Alkohol), brachte das Polymere in die Lösung ein und vermischte sorgfältig bis zum Verdampfen des Lösungsmittels.
  • Dann wurde das Polymere in einem Mörser verrieben und bei 2000C unter einem Druck von 50 bis 100 atm während 10 min gepreßt.
  • Die Versuchsergebnisse sind in Tabellen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 dargestellt.
  • Tabelle 1 Wirksamkeit ton Stabilisatoren bei der Polyäthylenoxydation (t = 2000C, P = 300 Torr) lfd. Dosierung Induktions-Nr. Stabilisator in Gewichts- periode, min teilen je 100 Gewichtsteile Polyäthylen 1 N-Phenyl-ß-naphthylamin 2 325 2 2,2' -Methylen-bis (4-methyl-6-di-tert.butylphenol) 2 450 3 Thiophosphorsäure- (N-isopropyldiphenylamin, dihexyl)-triamid 2 625 4 Thxphosphorsäure-(N-phenyl-ßnaphthyldibutyl)-triamid 2 1000 5 Thiophosphorsäure- (N-phenyl-ßnaphthyldianisyl)-triamid 2 840 6 Thiophosphors äure- (N-phenyl-ßnaphthyldiphenyl)-triamid 2 880 7 Thiophosphorsäure-(N-phenyl-ßnaphthylamiddinonyl) 2 715 8 Thiophosphorsäure-tri- (p-phenetyltriamid) 2 300 9 Thiophosphorsäure-tetraphenyltriamid 2 970 Tabelle 2 Wirksamkeit von Stabilisatoren bei der Polypropylenoxydation mit einer Stabilisatorkonzentration von 0,04 Mol/kg Polymer (t = 200°C, P02 = 300 Torr) lfd. Induktions-Nr. Stabilisator periode, min 1 N-Phenyl-ß-naphthylamin 158 2 2,2'-Methylen-bis(4-methyl-6-ditert.-buthylphenol) 355 3 N-Phenyl-N'-cyclohexyl-p-phenylendiamin 190 4 Thiophosphorsäure-(N-phenyl-ß-naphthyldihexyl) -triamid 680 5 Thiophosphorsäure-(N-isopropyldiphenylamindihexyl)-triamid 400 6 Thiophosphorsäure-(N-phenyl-ß-naphthyldianisyl)-triamid 520 7 Thiophosphorsäure-(N-phenyl-ß-naphthyldiphenyl) -tr iamid 600 Tabelle 3 Thermische Alterung von schlagfestem Polystyrol in Anwesenheit von Stabilisatoren bei t = 2000C Lfd. Stabillsator Restdoppelbin- CarbonyLver-Nr. Stabilisator dungen, % bindungen, % Stunden Stunden 0 2 5 10 2 5 10 1 Ohne Stabilisator 100 80 58 19 20,6 39 7Q 2 0,2% 2,2'-Thio-bis (4-methyl-6-tert.butylphenol) 100 92 90 85 11,3 13 20,3 3 0,5% 2,2'-Methylen-bis (4-methyl-2-ditert.butylphenol) 100 94 92 89 11,4 14 18 Tabelle 3 (Fortsetzung) 4 0,2% Thiophosphorsäure-(N-isopropyl-p-amino-diphenylamin)-amid, dihexyl 100 99 95 90 11,2 13 16 Tabelle 4 Veränderung von Polyamideigenschaften bei der thermischen Oxydation in Anwesenheit von Stabilisatoren Lfd. Stabilisator Menge, erhaltene Reiß- Poly-Nr. Gew.-% festigkeit nach mer-2-stündiger farbe Durchhitzung bei t - 200 C 1 Ohne Stabilisator - 25 hell 2 N-Phenyl-ß-naphthylamin 0,5 85 gefärbt 3 Thiophosphorsäure- (N-phenylß-naphthyldianisyl)-triamid 0,5 86 hell Tabelle 5 Veränderung von Polyamidfasereigenschaften in Anwesenheit von Stabilisatoren bei der Stabilisatorkonzentration von 0,5% lfd. Stabilisator Vor Durch- 2-stündige Durch-Nr. hitzung hitzung bei 200°C Reiß- Deh- Reiß- Deh- erlialfestig- nung festig- nung tene keit keit Festigkelt kp/mm² % Kp/mm² % kp/mm² 1 unstabilisiert Poly- 42,3 22,4 11,6 12,0 26,8 meres 2 Thiophosphorsäure-(N-phenyl-ß-naphthyl-dia- 54,8 21,9 39,2 30,0 71,5 nisyl)-triamid Tabelle 5 (Fortsetzung 3 Thiophosphorsäure- (N-phenylß-naphthyldiphenyl)-triamid 41,6 17,8 38,8 26,4 93,0 Physikalisch-mechanische Polymereigenschaften werden in Anwesenheit von Thiophosphorsäureamiden schwach verändert, d.h.
  • die Stabilisatoren verschlechtern die physikalisch-mechanischen Polymereigenschaften praktisch nicht.
  • Tabelle 6 lfd. Stabilisator Stabili- Zugfestig- Deh-Nr. Stabilisator satorkon- keit, nung, zentration, kp/cm² % % 1 Niederdruckpolyäthylen - 239 414 2 N-Phenyl-ß-naphthylamin 1 248 400 3 2,2'-Methylen-bis(4-methylditert.butylphenol) 1 236 380 4 Thiophosphorsäure-(N-phenylß-naphthyldihexyl)-triamid 1 229 435 5 Thiophosphorsäure- (N-isopropyl-diphenylamino/dihexyl) -triamid 1 228 417 6 Thiophosphorsäure- (N-phenyl-ßnaphthyldianisyl)-triamid 1 240 242 Wie aus den Tabellen zu ersehen ist, stellen vorgeschlagenen Thiophosphorsäureamide hochwirksame Stabilisatoren für olymere dar und sind den bekannten handelsüblichen Stabilisatoren an ihrer Wirksamkeit überlegen. Die vorgeschlagenen Verbindungen färben außerdem Polymere im Laufe deren Alterung nicht.

Claims (3)

Patentansprüche
1. Thiophosphorsäureamide, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß sie folgende allgemeine Formel haben: worin R1 eine primäre oder sekundäre aromatische Aminogruppe, R2 und R3 einen aliphatischen oder aromatischen Alkoholrest oder eine aliphatische oder aromatische Aminogruppe bedeuten.
2. Verfahren zur Herstellung von Thiophosphorsäureamiden nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß man Tetraphosphordekasulfid mit primären oder sekundären aromatischen Aminen in einem organischen Lösungsmittel, wie aromatischen Halogenwasserstoffen, bei einer Temperatur von 100 bis 15O0C unter anschließender Abkühlung des Reaktionsgemisches auf 20 bis 500C umsetzt, dem abgekühlten Reaktionsgemisch aliphatischen Alkohol oder aromatischen Alkohol oder aliphatisches Amin oder aromatisches Amin zugibt, das erhaltene Reaktionsgemisch auf 100 bis 1500C unter anschließender Abkühlung auf 20 bis 500C erhitzt, und das organische Lösung mittel aus dem abgekühlten Reaktionsgemisch abdestilliert.
3. Alterungsschutzmittel für Polymere, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als solche Thiophosphorsäureamide dienen.
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