DE2504382B2 - Metallhaltige Polymere - Google Patents
Metallhaltige PolymereInfo
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Description
R1 R1
Ε—
V-Z-/' V-O-G-
(H)
worin
HO
oder T ist
und worin
R1 und R2 gleich oder verschieden sind, und Wasserstoff
(Ci -C4)-Alkyl, Phenyl oder Halogen (beispielsweise Chlor oder Brom) bedeuten und
Z > CH2, >CH—CH3, ein lsoalkylidenrest mit 3 bis 5
Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cycloalkylidenrest mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder
ein Rest der Formeln 2
(10 a)
oder ein Polyamidsegment ist,
η zwischen 1 und 50 liegt und
G den Metallverbindungen der Formel 12a
Me-O-
(T)n,
Me-
(2 a)
(2 b)
65
entspricht, in denen
w die Zahl der am Metallatom befindlichen Anionenverbindungen und/oder Liganden T ist, die sich aus
der Differenz von Wertigkeit oder Koordinationszahl minus zwei berechnet,
r eine ganze Zahl zwischen 0 und 20 ist,
Me ein Metall der 1. bis 8. Nebengruppe oder der 2. bis 5. Hauptgruppe ist, insbesondere jedoch eines der
Metalle von Sc bis Zn (Ordnungszahlen 21 bis 30), Y bis Cd (Ordnungszahlen 39 bis 48), La bis Hg
(Ordnungszahlen 57 bis 80), Ac bis U (Ordnungszahlen 89 bis 92), Al, Pb und Bi, und
T Anionen anorganischer Mineralsäuren, Anionen organischer Carbonsäuren, Komplexbildnern,
Ci -Cie-Alkoxyresten, Ce-Ci2-Aryloxyresten und/
oder Trialkylsiloxyresten mit 3 bis 12 C-Atomen entspricht, und
E -H oder
(T)m
ist, in denen
1 bis 5 Kohlenstoff itomen sind, und
— \Me —O—
ist.
Der erfindungsgemäßen, metallhaltigen Polymeren der Formel 11 können selbst oder als Bestandteil einer
Polymerlegierung zur Herstellung von witterungs-, korrosions-, lösungsmittel- und hitzebeständigen Oberzügen, als Schlichtungsmittel sowie al; Haftvermittler
zwischen Metallen, Metalloxiden, Giasoberflächen und
nachfolgend aufgetragenen Kunststoffen und Lacken verwendet werden. Die metallhaltigen Polymeren 11
können natürlich auch überall da eingesetzt werden, wo
normalerweise entsprechende Polycarbonate, entsprechende Polyester und entsprechende Polyamide Verwendung finden.
Die erfindungsgemäßen, metallhaltigen Polymeren der Formel 11 können auch als Stabilisatoren für
Kunststoffe eingesetzt werden. Solche Kunststoffe sind Polyvinylchlorid oder deren Copolymere wie Äthylen-
IO
15
Vinylchlorid- oder Vinylacetat-Vinylchloridcopolymerisat, Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylate, Copolymerisate aus (Meth)-Acrylaten und mindestens einem
weiteren Monomeren, Vinylacetat-Polymere, Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate, Polycarbonate, Polysulfone, Polyphenylenoxide, Styrol-Copolymere, Polymere
vom ABS-Typ, (Acryuiitril-Butadien-Styrol-Pfropfpolymer-Thermoplaste), Polyamide von Nylontyp oder
Polycaprolactam, Polyätliylenterephtiialate, Polyacetale usw.
Außerdem können die metallhaltigen Polymeren der Formel 11 als Katalysatoren und, z. B. in Form der
Kobaltverbindungen, als Initiatoren für Reaktionen, die über einen Radikalmechanismus ablaufen, Verwendung
finden.
Z-Z1Vm-/
A« A*
O —G —
(11)
HO
O —
(10 a)
und worin R1, R2, Z, M gemäß der nachstehenden
Formel 10 definiert sind,
zwischen 1 und 50 liegt und
den Metallverbindungen der Formel 12a
45
Me- Ο
Me —
(Dm
50
entspricht, in denen
m die Zahl der am Metallatom befindlichen Anionen- γ
bindungen und/oder Liganden T ist, die sich aus der
Differenz von Wertigkeit oder Koordinationszahl minus zwei berechnet,
r eine ganze Zahl zwischen 0 und 20 ist,
Me ein Metall der 1. bis 8. Nebengruppe oder der 2. bis a) 5. Hauptgruppe ist, insbesondere jedoch eines der
Metalle von Sc bis Zn (Ordnungszahlen 21 bis 30), Y bis Cd (Ordnungszahlen 39 bis 48), La bis Hg
(Ordnungszahlen 57 bis 80), Ac bis U (Ordnungszahlen 89 bis 92), Al, Pb und Bi, und
T Anionen anorganischer Mineralsäuren, Anionen b) organischer Carbonsäuren, Komplexbildner,
Ci — Ci8-Alkoxyresten, Q-Ci 2-Aryloxyresten und/
oder Trialkylsiloxyresten mit 3 bis 12 C-Atomen entspricht, und
-H oder
/OX,
— \Me — O
ist,
können dadurch erhalten werden, daß man die Polykondensate der Formel 10 mit Metallverbindungen
der Formel 12
Me-O-
(TL
Me(D„
(12)
in homogener Lösung aprotischer Lösungsmittel bei Temperaturen zwischen 200C und 1600C in
Molverhältnissen der Verbindungen 10:12 zwischen 1 :0,5 und 1 :1 und in Konzentrationen von
10 und 12 in Lösung zwischen 0,001 Gew.-% und 30
Gew.-%,oder
falls T nur Anionen anorganischer Mineralsäuren, Anionen organischer Carbonsäuren und/oder
Komplexbildnern entspricht, durch Zwischenphasenumsetzung der Verbindungen der Formel 10 in
aprotischen Lösungsmitteln und der Verbindungen
der Formel 12 in polaren protischen Lösungsmitteln bei Temperaturen zwischen 20° C und 2200C
im Molverhältnis der Verbindungen 10:12 zwischen 1 :0,5 und 1 :1 und in Konzentrationen von
1 -30 Gew.-o/o für die Polykondensate der Formel 5 10 und von 0,001 — 30 Gew.-% für die Metallverbindungen der Formel 12 umsetzt
Anorganische Mineralsäuren zur Bildung der Anionen T sind insbesondere HCl, H2SO4, H3PO4 und HNO3; '<
> organische Carbonsäuren zur Bildung der Anionen T sind insbesondere gesättigte aliphatische Ci-C
bonsäuren, wie beispielsweise
HCOOH1(COOH)2,
CH3-(CH2),6-COOH;
als Komplexbildner sind insbesondere aliphatische Diketone (beispielsweise Acetylaceton), Äthylendiamintetraessigsäure, Nitrilotriessigsäure und Cyclopentadien
geeignet
Bei den durch Umsetzung von Polykondensaten der Formel 10 mit Metallverbindungen der Formel 12
erhaltenen erfindungsgemäßen metallhaltigen Polymeren der Formel 11 erfolgt die Verknüpfung der
8-Hydroxychinolinendgruppen-haltigen Polykondensate fiber die Metalle oder Metalloxide im allgemeinen
durch lineare Verkettung, wobei sich stabile Innerkomplexe der 8-Hydroxychinolinreste mit den Metallen
ausbilden (vgl. R. Berg »Die analytische Verwendung
von o-Oxychinolin (»Oxin«) und seiner Derivate«, 2. Auflage, Stuttgart 1938 und R. Bock, Angew. Chemie 67,
420[I955]).
Eine partielle Verzweigung bzw. Vernetzung der linearen metallhaltigen Polymeren der Formel 11 kann
jedoch nachträglich durch Reaktion der noch an den Metallverbindungen der Formel 12a gebundenen
Liganden T erreicht werden.
So können z. B. bei Verwendung von Titantetrabutylat als Metallverbindung zur Verknüpfung von Polykondensaten der Forme! 10, die nach Kettenverlängerung
am Titan verbleibenden Butoxyreste bei Zugabe von Wasser abgespalten und die Titanatome verschiedener
Polymerketten durch Sauerstoffbrücken miteinander verbunden werden.
Die lineare Kettenverlängerung kann durch Ansteigen der relativen Viskosität und durch Bestimmung des
Zahlenmittels Mn aufgrund osmometrischer Messungen überprüft werden.
Durch Variation des molaren Verhältnisses von Metallverbindung zu Polykondensat der Formel 10
kann die gewünschte Kettenlänge eingestellt werden. Hierbei entstehen bei einem Molverhältnis Polykondensat 10 zu Metallverbindung von 1:1 lineare Polymere,
bei einem Molverhältnis von Polykondensat 10 zu Metauverbindung von 1 :0,5 bevorzugt Dhnere.
Ebenso kann der Metallgehalt der Polymeren der
Formel 11 je nach Menge der esetzten Metallverbindung variiert werden und bis zu 30 Gew.-% betragen,
bezogen jeweils auf Polymere der Formel 11.
Als geeignete Metallverbindungen zur Herstellung der metallhaltigen Polymeren der Formel 11 kommen
z. B. die folgenden Verbindungen der Metalle der 1.—8.
Nebengruppe und der 2.—5. Hauptgrappe in Frage:
a) Anorganische Salze und deren Aquokomplexe wie Z.R
FeCI31FeCI3 χ 6H2O1CuSO41CuSO4 χ 5
CrCl3 χ 6H2O1CoCI21MnSO4 χ 7 H A
NiSO4 χ 6 H2O1AlCI3 χ 6 H2O
b) Salze organischer Säuren wie z. B.
Cu(C2H3O2)2, Ni(C2H3Oz)2, Co(C2H3O2)2,
Zn(C2H3Oj)2, Cu(C7H5O2^, AgC7H5O2, ZnC2O4,
CrC2O41CoC2O4 χ 2 H2O
c) Alkoholate und Phenolate wie z. B.
Zr(C4H9O)4, Ti(C4H9O)4, Zr(C18H37O)4,
TKC18H37C4K TKCH3C6H4O)4, B(C2H5O)3,
B(C4H9O)3
d) Metallkomplexe, wie z. B. die Acetylacetonate,
Co(C5H702)2l NiiCsHÄk Fe(C5H7O2K
MiKC5H7Oz)2, Zr(C5H7Oj)4 und
BisHfcyclopentadienylJ-titan-dichlorid
e) Aggregierte Metallverbindungen wie z. B.
n-Butyl-titanat-polymer,
Kresyl-titanat-polymer und
(Trimethylsiloxy)-titanat-polymer.
Hierbei kann der Polymerisationsgrad zwischen 1 und 20 liegen. (Siehe entsprechende Firmenschrift
der Dynamit NobeL)
Die Umsetzung der obengenannten Metallverbindungen mit den Polykondensaten der Formel 10 kann in
homogener Lösung oder als Grenzflächenreaktion durchgeführt werden.
Die Umsetzung in homogener Lösung wird in aprotischen Lösungsmitteln wie z. B. Aceton, Acetonitril, Natromethan, Benzol, Toluol, XyIoL Mono- und
Dichlorbenzol, Dimethylformamid und Dimethyiacetamid, Dichloräthan, Methylenchlorid. Chloroform. Diäther des Äthylenglykois usw. durchgeführt Die
Ausgangssubstanzen können direkt vorzugsweise in Form fest eingestellter Lösungen, deren Konzentrationsbereich von 0,001 bis 30 Gew.-% Ausgangssubstanz in Lösung beträgt, im Verhältnis äquivalenter
gelöster Mengen von 8-Hydroxychinolin-Polykondensat und Metallverbindung zwischen 1 : 0,5 und 1 :1 bei
Temperaturen zwischen 200C und 1600C, zusammengegeben werden, wobei es vorteilhafter ist die Metallverbindungen zu den 8-Hydroxychinolinendgruppen-haltigen Polykondensaten der Formel 10 hinzuzugeben.
Bei der Zwischenphasenumsetzung werden die Polykondensate der Formel 10 in aprotischen und mit
Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln wie z.B. Benzol, Toluol, Xylol, Mono- und Dichlorbenzol sowie
chlorierte Kohlenwasserstoffe wie z. B. Dichloräthan,
Methylenchlorid, Chloroform usw. gelöst Die Metallverbindungen der Formel 12, wobei T nur für Anionen
anorganischer Mineralsäuren, Anionen organischer Carbonsäuren und/oder für Komplexbildner stehen
darf, werden in einem protischea Lösungsmittel,
vorzugsweise Wasser, gelöst eingesetzt. Bei der Zwischenphasenumsetzung kann mit einem größeren
Überschuß an Metallverbindung der Formel 12 gearbeitet werden, da nicht umgesetzte Metallverbindung in dem protischea Lösungsmittel verbleibt Die
Umsetzungen werden bei Temperaturen zwischen 20 und 220°C und in Konzentrationen von 1 —30 Gew.-%
für die Polykondensate der Formel 10 und zwischen 0,001 und 30 Gew.-% für die Metallverbindungen der
Formel 12 durchgeführt
Die zur Herstellung der metallhaltigen Polymeren der
Formel 11 geeigneten Polykondensate der Formel 10
sind in der am 28. August 1975 offengelegten DE-OS
24 07 309 beschrieben und besitzen die folgende Struktur
R1 R1
HO
(10)
R1 und R2 gleich oder verschieden sind, und Wasserstoff, (Ci -C4)-Alkyl, Phenyl oder Halogen (beispielsweise Chlor
oder Brom) bedeuten und
Z > CH2, > CH - CH3, ein Isoalkylidenrest mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cycloalkylidenrest mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder ein Rest der Formeln
Z > CH2, > CH - CH3, ein Isoalkylidenrest mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cycloalkylidenrest mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder ein Rest der Formeln
R4
(2 a)
(2 b)
ist, in denen
R4, R5, R3 gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen sind, und
M ein Polycarbonatsegment, vorzugsweise der Formel
M1 — O —
Il
L—C —O —
oder ein Polyestersegment, vorzugsweise der Formel
M2 — O —
C —R—C —O —
oder ein Polyamidsegment, vorzugsweise der Formel
R'
M, —N-
C—R—C—NH-R'—NH- C—R—C—N—
O R"
ist Cydoalkylen.Cs-Cis-Cycloalkyliden oder ein Rest der
D« Polycarbonatsegmente haben Molekulargewich- 60 folgenden Formel
te Mb im Bereich zwischen 1000 and 30000; die
Pbiyestersegmente aod die Polyamidsegmente haben Molekulargewichte Ma im Bereich zwischen 800 and
25000. (Sn ist memnmetrisch in üblichen
Lösnngsniittembei20oCbestiinmt.) es
In den PolycarbonatsegmeiiteB Mi and D Chlor,
Brow, Wasserstoff oder Ci—CV-ADcyl, L eine Einfachbindang, Q— CyABcyten, C2-Cs-Alkyfiden, Cs-Cb- and ρ eine ganze Zah! zwischen 2 und 50; in den
—C
CH3
|
CH3
Polyestersegmenten M2 sind R und R' gleich oder
verschieden und bedeuten C2—Ci2-Alkylen, das durch
-O- oder Cyclohexylen unterbrochen sein kann, C5-Ci5-Cydoalkylen, Ce-Cu-Arylen-dialkylen, beispielsweise
Ce — C^-Phenylendialkylen, Q — C^-Arylen,
beispielsweise Phenylen, Naphthylen, Diphenylen, und C|3 — Cis-Alkylidendiphenylen sowie ρ eine ganze Zahl
zwischen 2 und 50; in den Polyamidsegmenten M3 sind R" Wasserstoff und Ci -C»-Alkyl sowie R, R' und ρ wie
in M2 definiert.
Ein Verfahren zur Herstellung der 8-Hydroxychinolinendgruppen-haltigen
Polykondensate der Formel 10 besteht darin, 8-Hydroxychinoline der Formel 1
OH
(D
(2 a)
(2 b)
ist.
10
15
20
in der
X für OH oder NH2 oder NH -(Ci- C4)-Alkyl steht,
R1 und R2 gleich oder verschieden sind, und Wasserstoff (Ci -C4)-Alkyl, Phenyl oder Halogen (beispielsweise Chlor oder Brom) bedeuten und
Z > CH2, > CH - CH3, ein Isoalkylidenrest mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cyclo-. alkylidenrest mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder ein Rest der Formeln 2
R1 und R2 gleich oder verschieden sind, und Wasserstoff (Ci -C4)-Alkyl, Phenyl oder Halogen (beispielsweise Chlor oder Brom) bedeuten und
Z > CH2, > CH - CH3, ein Isoalkylidenrest mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cyclo-. alkylidenrest mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder ein Rest der Formeln 2
35
40
45
50
und die in der am 28. August 1975 offengelegten DE-OS 24 07 308 beschrieben sind, direkt mit den Ausgangsverbindungen
zu (»kondensieren, die zum Aufbau der
Polykondensatsegmente M der Formel 10 nach bekannten Verfahren benötigt werden. -
Dabei zeigte sich überraschenderweise, daß z. B. bei
der Herstellung von Polycarbonaten mit 8-Hydroxychinolinendgnippen nach den für Polycarbonatsynthesen
üblichen Verfahren, die bei der Kondensation zugegebenen funktionellen 8-Hydroxychinoline der Formel 1
(X=OH) am Kettenende ankondensiert werden und auf
diese Weise spezifisch als Kettenabbrecher reagieren,
so daß das komplenerende Zentrum des 8-Hydroxychinolylrestes erhalten bleibt
Die Wirkung der fankdoneDen 8-Hydroxychinoline
als Ketienabbrecher wurde mittels Endgruppenanalyse und durch Vergleich der auf diese Weise ermittelten
Molekulargewichte mit den M'eßwerten unabhängiger Molekulargewichtsbestimmungen (Viskositätsmessung
oder Membranosmose) bestätigt Durch gezielte Zugabe der funktionellen 8-Hydroxychinoline der Formel 1
in Mengen von 2 Mol-% bis 50 Mol-%, bezogen auf die Summe der restlichen Ausgangsverbindungen, als
Kettenabbrecher können Polykondensate mit 8-Hydroxychinolinendgruppen
der Formel 10 in der gewünschten Kettenlänge eingestellt werden, wobei die Polymereinheiten
ρ der Polycarbonate, Polyester oder Polyamide, wie oben für Formel 10 definiert, zwei- bis
fünfzigfach vorliegen können. Die Herstellung von Verbindungen der Formel 10 erfolgt abhängig von der
Art der erwünschten Polykondensatsegmente nach den für die Darstellung von Polykondensaten üblichen
Varianten, wobei der Rest X der funktionellen Hydroxychinoline der Formel 1 für die Synthese von
Polycarbonaten und Polyestern OH und für die Synthese von Polyamiden NH2 oder NH-(Ci-C4-Alkyl)ist
Ein bevorzugtes Verfahren zur Darstellung der Polycarbonate mit 8-Hydroxychinolin-endgnippen gemäß
Formel 10 (M = Mi) besteht z. B. darin, Bisphenolkomponenten
zusammen mit den funktionellen 8-Hydroxychinolinen der Formel 1 (X=OH) unter den
Bedingungen der Phasengrenzflächenreaktion mit Phosgen oder auch den Bischlorkohlensäureestern von
Bisphenolkomponenten in einem Gemisch eines aprotischen, nicht mit Wasser mischbaren Lösungsmittels wie
z. B. Dichloräthan, Methylenchlorid, Chloroform, Mono-
und Dichlorbenzol, und wäßriger Alkalihydroxidlösung in Gegenwart geeigneter Katalysatoren, z. B. Triäthylamin,
umzusetzen. Hierbei wird bei Temperaturen, z. B. 200C (d. h. zwischen 00C und 400C) etwas mehr als die
äquimolare Menge Phosgen eingesetzt Man verwendet zur Steuerung des Molekulargewichtes bis 50 Mol-%,
bezogen auf die Summe der restlichen Ausgangssubstanzen, der funktionellen 8-Hydroxychinoline der
Formel 1 (X=OH) als Kettenabbrecher. Die Aufarbeitung der Polycarbonate kann nach üblichen Verfahren,
wie z.B. durch Fällen oder durch Verdampfen des Lösungsmittels erfolgen, wobei zweckmäßigerweise
vorher die Polycarbonat-enthaltende Phase elektrolytfrei gewaschen wird.
(Literatur über die Herstellung von Polycarbonaten: H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates,
Interscience Publishers, London 1964)
Geeignete Diphenole zur Herstellung von Polycarbonaten
gemäß Formel 10 (M = Mi) sind z. B.
4,4'-Dihydroxydiphenyl,
Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan-2^
(Bisphenol A),
Bis-(4-hydroxy-3,5-dichlor-phenyl)-propan-2£
(Tetrachlorbisphenol),
Bis-(4-hydroxy-3,5-dibromphenyl)-propan-2^
(Tetrabrombisphenol A),
Bis-(4-hydroxy-3^-dimethylphenyI)-propan-2^
(Tetramethylbisphenol A),
Bis-{4-hydroxy-3-methyl-phenyI)-propan-2i
Bis-{4-hydroxy-phenyi}<yck>hexan-l,l
(Bisphenol Z>
Weitere für die Herstellung von Polycarbonaten geeignete Diphenole sind in den US-Patenten 30 28 365,
2999835, 3148172, 3271368, 2970131, 2991273,
3271367, 3280078, 3014891, 2999846 sowie in den
deutschen Offenlegimgsschriften 2063050, 2063052,
2211957 und 2211956 beschrieben.
Zur Herstellung von Polyestern mit 8-Hydroxychinolinendgruppen gemäß Formel 10 (M = M2) stehen
mehrere Verfahren zur Verfügung. Ein gängiges Verfahren, das sich vorzugsweise zur Darstellung der
Polyester aus Glykolen und aromatischen Dicarbonsäureestern eignet, ist das Umesterungsverfahren. Hierbei
werden wie bekannt, die Dicarbonsäureester leicht flüchtiger Alkohole, wie z. B. Terephthalsäuredimethylester, mit entsprechenden Glykolen, wie z. B. Äthylenglykol, bei Temperaturen von 120-30O0C, ggf. unter
Verwendung von vermindertem Druck und Anwesenheit saurer oder basischer Katalysatoren, z. B. Mineralsäuren oder Alkali- und Erdalkalialkoholate, zusammen
mit den funktioneilen 8-Hydroxychinolinen der Formel
1 (X=OH) kondensiert, wobei die Dicarbonsäureester je nach erwünschtem Polymerisationsgrad des Polyesters in einem Überschuß bis 50 Moi-%, bezogen auf
die Glykolkomponente, zugesetzt werden können.
(Literatur über das Umesterungsverfahren: W. H. Carothers u. F. J van Natta, J. Amer. Chem. Soc. 52, 314
[1930]; A. P. 25 34 028 (1948), Du Pont, Erf.: E. F. Izard.)
Wünscht man Polyester der Formel 10 (M = M2) auf
Basis von Diphenolen und aromatischen Dicarbonsäuren, so bietet sich das Verfahren der Lösungspolykondensation mit Dicarbonsäurechloriden, z. B. Isophthalsäuredichlorid und Bisphenolen, z. B. Bisphenol A, als
Ausgangsverbindungen an, wobei die Umsetzung mit den funktioneilen 8-Hydroxychinolinen der Formel 1
(X=OH) bevorzugt nach der Variante der Grenzflächenkondensation um 20° C durchgeführt und die
Summe der phenolischen Komponenten in einem leichten Überschuß, bezogen auf das bifunktionelle
Säurechlorid, eingesetzt wird. Gegebenenfalls empfiehlt
es sich, ein Netzmittel wie z. B. Natriumlaurylsulfat
zuzusetzen. Als Lösungsmittel sind CH2CI2, CHClj,
Dichioräthan, Mono- und Dichlorbenzol geeignet Hierbei hat man den Vorteil, daß die Reaktivität der
funktionellen Gruppen der 8-Hydroxychinoline gemäß Formel 1 (X=OH) abgestuft ist, und nahezu quantitativ
nur das funktioneile Zentrum X an der Kondensation beteiligt ist
(Literatur Ober die Lösungspoly kondensat ion: H.
Batzer, H. Holtschmidt, F. W. Wiloth und B. Mohr, Makromolekulare Chemie 7,82 [1951]; W. R. Sorenson,
T. W. Campbell: Präparative Methoden der Polymeren-Chemie S. 118, Verlag Chemie, Weinheim 1962.)
Nach einem der genannten Verfahren werden auch die Polyester der Formel 10 (M = M2) auf Basis
aliphatischer oder cycloaliphatischer Carbonsäuren und Glykole bzw. aliphatischer oder cycloaliphatischer
Carbonsäuren und Diphenole erhalten.
Geeignete Dicarbonsäuren bzw. deren Ester, Anhydride und Chloride zur Herstellung von Polyestern
gemäß Formel 10 (M = M2) sind z. B. Terephthalsäure,
Isophthalsäure, Phthalsäure, Methylterephthalsäure,
Naphthaundicarbonsäure, Diphenyldkarbonsäure, Diphenylmethandicarbonsäure, Adipinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Sebacinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Diglykolsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Cydohexandiessigsäure. Die bevorzugten
niedrigeren aliphatischen Ester solcher Säuren sind Dimethylester, Diäthylester und Dipropylester sowie
Gemische davon.
Äthylenglykole, Di- und Tri-äthytenglykoL
1,2- und 13-PropandioL
1,4-,23-,13-ButandioL
1,6-HexandioI, 1,10-Decandiol,
CyclohexandimethanoI,Cyclohexandiol,
2,2-Dimethyl-propandioi-(l,3),
Glycerinmonomethyläther sowie
Gemische der zweiwertigen Alkohole.
Als geeignete Diphenole können die schon bei der Synthese der Polycarbonate aufgeführten Verwendung
finden.
Zur Darstellung von Polyamiden mit 8-Hydroxychinolinendgruppen gemäß Formel 10 (M = M3) auf Basis
vorzugsweise aliphatischer Diamine und aliphatischer oder aromatischer Dicarbonsäuren sowie der 8-Hydroxychinoline der Formel 1 (X = NH2 oder NH-(Ci-C4)-
Ein gängiges Verfahren besteht in der Reaktion bifunktioneller Säureehioride, wie z. B. Sebacyichiorid,
mit geeigneten Diaminen, wie z. B. Hexamethylendiamin und den entsprechenden funktionellen 8-Hydroxy-
chinolinen der Formel 1 (X = NH2 oder NH-(Ci -C4)-Alkyl), wobei man das Bisacylchlorid in einem nicht mit
Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel, z. B. Tetrachloräthylen mit der wäßrigen Lösung des
Diamins und des zu verwendenden Hydroxychinolins
der Formel 1 in einer Grenzflächenkondensation
umsetzt Dieses Verfahren erlaubt, besonders solche Reaktionskomponenten zu verwenden, bei denen eine
thermische Polykondensation mit Schwierigkeiten verbunden ist Man fährt die Reaktion bei Temperaturen
um 20°C und darunter, wobei im allgemeinen die Summe der beiden Aminkomponenten im leichten
Oberschuß, bezogen auf das bifunktionelle Säurechlorid,
zugesetzt werden kann.
(Literatur: E. L Wittbecker u. P. Morgan, J. Polymer Sei.
40,289 (1959) und P. W. Morgan u. S. L Kwolek, J. chem.
Educ.36,182,530[1959].)
Ein weiteres Verfahren erlaubt die direkte Polykondensation von Diamin, Dicarbonsäuren und den
funktionellen 8-Hydroxychinolinen der Formel 1
(X = NH2 oder NH-(C1-C4-AHCyI), wobei das bei der
Reaktion entstehende Wasser kontinuierlich aus dem Reaktionsraum z. B. durch Vakuum entfernt werden
muß, da es ein Reaktionsparameter mit wesentlichem Einfluß auf die Geschwindigkeit der Polyamidbildung
ist Man arbeitet hierbei in Substanz oder einem inerten Verdünnungsmittel z. B. Xylenol bei Temperaturen von
180-2500C
Da bei der Reaktion primär ein Salz entsteht, kann
auch direkt das vorher aus den entsprechenden
so Diaminen und Dicarbonsäuren gewonnene Salz eingesetzt werden.
(Literatur: DRP 749 747 [1935], Du Pont; Laborvor
schrift von W. Lehmann, Bayer AG, s. Houben — Weyl,
Methoden der Org. Chemie Bd. XIV, 2, S. 136 [1963J
Geeignete Dicarbonsäuren bzw. deren Derivate sind die bereits bei der Darstellung der Polyester mit
8-Hydroxychinolinendgruppen angeführten bifunktionellen Säuren. Als Aminkomponente sind z.B. die
folgenden Diamine geeignet:
Äthylendiarnin, Trimethylendiamin,
Tetramethylendiamin, Pentamethylendiamin,
Hexamethylendiamin, Decamethylendiamin,
4,4'-Diamino-dicvclohexybnethan sowie
m- und p-Phenylendiamm, Diphenyldiamin.
Die Diamine und Dicarbonsäuren können natürlich auch ggf. mit geeigneten Aminocarbonsäuren wie z. B.
6-Amino-capronsäure, 11 -Amino-undecansäure oder
deren Lactame in Form einer Schmelzkondensation unter Ausschluß von Sauerstoff cokondensiert werden.
(Literatur: M. R. Aelion, Annales de Chemie (12) 3, 5 [1943].)
(Literatur: M. R. Aelion, Annales de Chemie (12) 3, 5 [1943].)
Die e-Hydroxychinolinendgruppen-tragenden Polykondensate
nach Formel 10 können in geeigneter Form zum Abtrennen von Metallionen der Obergangselemente
des Periodensystems, d. h. der Elemente Sc bis Zn (Ordnungszahlen 21 bis 30), Y bis Cd (Ordnungszahlen
39-48), La bis Hg (Ordnungszahlen 57-80), Ac bis U (Ordnungszahlen 89 — 92) sowie von Mg, Ca, Al, Pb und
Bi aus Lösungen oder industriellen Abwässern eingesetzt werden. Die Absorption der Metallionen ist
reversibel; so kann man sie leicht durch Auswaschen z. B. mit Säuren oder Kompiexbildnern wieder vom
Polykondensat abtrennen. Die Polykondensate können auch zur Komplexierung von störenden metallischen
Verunreinigungen in thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen in Mengen von 0,01 Gew.-% bis
10 Gew.-°/o, bezogen auf die Gesamtmischung, eingesetzt werden.
Die die nachfolgende Beschreibung der Ausgangsprodukte für die Polykondensate der Formel 10, nämlich
der neuen funktionellen 8-Hydroxychinoline der Formel 1,
R!
(1)
in der
X fürOH oder NH2oder NH-(C, -C4)-Alkyl steht,
R1 und R2 gleich oder verschieden sind, und Wasserstoff (Ci — Gi)-Alkyl, Phenyl oder Halogen (beispielsweise Chlor oder Brom) bedeuten und
Z CH2, CH-CH3, ein Isoalkylidenresl mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cycloalkylidenresl mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder ein Rest der Formeln 2
R1 und R2 gleich oder verschieden sind, und Wasserstoff (Ci — Gi)-Alkyl, Phenyl oder Halogen (beispielsweise Chlor oder Brom) bedeuten und
Z CH2, CH-CH3, ein Isoalkylidenresl mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cycloalkylidenresl mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder ein Rest der Formeln 2
(2 a)
(2b)
ist,
in denen R4, R5, RJ gleiche oder verschiedene Alkylreste
mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen sind, ist aus der DE-OS 24 07 308 entnommen und ergänzt.
Als IsoalkyJidenreste Z in Formel 1 seien die Reste
CH3
CH3
CH3
C2H5
C2H5
und
C2H5
CH3
C3H7
zu verstehen.
Geeignete Verfahren zur Herstellung der funktionellen 8-Hydroxychinoline der Formel 1 bestehen in der
Umsetzung von 8-Hydroxychinolin mit (Cyclo)Alkenylsubstituierten Phenolen oder (Cyclo)Alkenylsubstituierten
Anilinen oder mit solchen Verbindungen, die ebenfalls unter dem Einfluß von sauren Katalysatoren
Carboniumionen zu bilden vermögen, also etwa Halogenalkyl-substituierten Phenolen bzw. Anilinen
oder Hydroxylalkyl-substituierten Phenolen bzw. Anili-
4(i nen nach den an sich bekannten Methoden zur
Alkylierung von Hydroxyarylverbindungen, wobei die zur Alkylierung von 8-Hydroxychinolin geeigneten
Komponenten, beispielsweise die Hydroxylalkyl-substituierten Phenole, auch nur während der Alkylierung von
8-Hydroxychinolin in situ, beispielsweise aus entsprechenden Phenolen und entsprechenden Aldehyden,
entstehen können.
Die Verbindungen der Formel 1, in denen Z = CH2 ist,
werden durch Umsetzung von 8-Hydroxjchinolin mit
Verbindungen der Formel 3
R1
erhalten,
in der X, R1, R2 die gleiche Bedeutung wie in Formel 1
haben, und in der Y für den Hydroxymethyi- oder Halogenmethyl-Rest steht, wobei das molare Reaktantenverhältnis
(8-Hydroxychinolin zu Verbindungen der Formel 3) vorzugsweise zwischen 1 : 1 und 10 : 1 liegt.
Bei Verbindungen der Formel 3 mit Y gleich Halogennielhyl, bevorzugt Chlor- und Brommethyl,
können nur Lewis-Säuren wie z. B. Aluminium-(lll)-chlorid
oder Boitrifluoriu als Katalysatoren in Mengen
zwischen 10 Mol-% und 100 Mol-%, bezogen auf
Verbindungen der Formel 3, verwendet werden. Vorzugsweise werden Verbindungen der Formel 3 mit
Y gleich Hydroxymethyl eingesetzt, die leicht aus Formaldehyd und den entsprechenden Phenolen und
Anilinen erhältlich sind. Als Alkylierungskatalysatoren
finden hierbei Lewis-Säuren, Hydrosilicate des Montmorillonittyps sowie Mineral- und Carbonsäuren, die
wie z. B. Essigsäure auch direkt als Lösungsmittel dienen können, in Mengen zwischen 10 Mol-% und 300 Mol-%,
bezogen auf Verbindungen der Formel 3, Verwendung.
Die Reaktion kann je nach Art der Ausgangssubstanzen und des Katalysators in Substanz oder Lösung und
in einem Temperaturbereich von 10° —150° C durchgeführt werden, wobei die Wahl des Lösungsmittels sich
nach der Löslichkeit der Ausgangssubstanzen, der Reaktionstemperatur und besonders nach dem Katalysator
richtet
Es können nur solche Lösungsmittel gewählt werden, die unter den gegebenen Reaktionsbedingungen nicht
alkyliert werden und selbst nicht alkylierend wirken, wie z. B. Schwefelkohlenstoff, Nitromethan, Nitrobenzol,
ggf. Carbonsäuren, wie z. B. Ameisen- oder Essigsäure und bei Abwesenheit von Lewis-Säuren als Katalysatoren
ggf. chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, z. B. Methylenchlorid oder Dichloräthan.
(Lit.: Houben—Weyl, Methoden der organischen
Chemie, Bd. V/1 a, S. 509,Thieme Verlag, Stuttgart 1970.)
Die Verbindungen der Formel 1. in denen Z CH-CH3, ein Isoalkylidenrest mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen,
ein Cycloalkylidenrest mit 5—15 C-Atomen oder ein Rest der Formeln 2 ist, werden durch
Umsetzung von 8-Hydroxychinolin mit Verbindungen der Formel 3 erhalten,
in der X, R1, R2 die gleiche Bedeutung wie in Formel 1
haben und in der Y Vinyl, ein Alken-(1)-yl-(2)-Rest mit 3 bis 5 C-Atomen, ein Alken-(2)-yl-(2)-Rest mit 4 bis 5
C-Atomen, ein Alken-(2)-yl-(3)-Rest mit 5 C-Atomen, ein Cycloalken-(l)-yl-(l)-Rest mit 5 bis 15 C-Atomen
oder ein Rest der Formeln 4
(4 a)
(4 b)
ist, worin R3, R4, R5 und R7 gleich oder verschieden sind
und Alkylreste mit 1 —5 C-Atomen bedeuten, R6 H oder ein Ci -Q-Alkylrest ist.
Die Alkenyl- bzw. Cycloalkenyl-Reste in den Verbindungen
der Formel 3 können auch als HCl- oder HaO-Addukte verkappt vorliegen. Bei Verwendung der
hhO-Addukte empfiehlt sich vorzugsweise der Einsatz von Protonsäuren wie z. B. Fluß- oder Schwefelsäure als
Katalysator, wobei dann der Alkylierung die Dehydratisierung des Alkohols zum Olefin vorausgeht Auch
Lewis-Säuren sind als Katalysatoren brauchbar (Lit: A. Schriesheim in G. A. Olah, Friedel Crafts and Related
ίο Reactions VoL II, S. 477, Interscience Publishers New
York, London, Sidney 1964). Die Alkylierung mittels der
entsprechenden Halogenide wird ebenfalls durch Lewis-Säuren katalysiert Die Alkylierung über die
Alkohole und Halogenide wird zur Vermeidung übermäßiger Isomerenbildung bei möglichst niedrigen
Temperaturen im Bereich zwischen 10° und 150°C, in Substanz oder Lösung durchgeführt, wobei die oben
schon angeführten Lösungsmittel Verwendung finden.
Die bevorzugt angewandte Alkylierung von 8-Hydroxychinolin mit den (Cycloalkenyl-Verbindungen der
Formel 3 wird in Substanz oder in Lösung bei Temperaturen zwischen 50 und 250° C, vorzugsweise
zwischen 100 und 200° C unter saurer Katalyse mit Lewis-Säuren, Hydrosilicaten und Protonsäuren gefahren.
Der Katalysator wird abhängig von den Ausgangssubstanzen in Mengen von 10 bis 200 Mol-% zugegeben
und das molare Reaktantenverhältnis olefinisches Alkylierungsmittel zu 8-Hydroxychinolin liegt im
allgemeinen bevorzugt zwischen 1 :1 und 1:10, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Als
geeignete Katalysatoren verwendet man Lewis-Säuren wie z. B. Aluminium-(III)-chlorid, Eisen-(IlI)-chiorid,
Zinnchlorid, Titantetrachlorid, Bortrifluorid und Mischkatalysatoren
des Typs AICI2 · HSO4 oder
S5 Α1ΒΓ2 · H2PO4, Protonsäuren wie z. B. Chlorwasserstoff,
Flußsäure, konz. Phosphorsäure, Schwefelsäure ab einer Konzentration von 96% an aufwärts, Oxalsäure,
Toluolsulfonsäure. Vorteilhaft sind auch sauer aktivierte Tonerden wie Bentonite, Zeolithe und andere Hydrosilicate,
sowie Ionenaustauscherharze wie z. B. solche auf Basis von Sulfonsäuregruppen-tragenden Polystyrolen
oder im Reaktionsgemisch unlöslicher Sulfonsäuregruppen-halt:ger Phenolharze. Die Alkylierung des 8-Hydroxychinolins
mit den (Cyclo)Alkenyl-Verbindungen kann in Substanz und in Lösung erfolgen.
Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise Nitrobenzol, Nitromethan, Schwefelkohlenstoff.
(Literatur zur Katalyse: V. N. Ipatieff u. L. Schmerling, in Advances in Catalysis, Bd. 1, S. 27 — 64, Academic Press Inc. Pulblishers, New York 1950, Literatur zur Alkylierung mit Olefinen: G. A. Olah, Friedel Crafts and Related Reactions, Vol. I, Interscience Publishers, New York, London. Sidney 1963; F. Asinger et al. Erdöl, Kohle 20,786,852 [1967].)
(Literatur zur Katalyse: V. N. Ipatieff u. L. Schmerling, in Advances in Catalysis, Bd. 1, S. 27 — 64, Academic Press Inc. Pulblishers, New York 1950, Literatur zur Alkylierung mit Olefinen: G. A. Olah, Friedel Crafts and Related Reactions, Vol. I, Interscience Publishers, New York, London. Sidney 1963; F. Asinger et al. Erdöl, Kohle 20,786,852 [1967].)
Die Verbindungen der Formel 1, in denen Z ein Cycloalkylenrest mit 5 bis 15 C-Atomen ist, sind durch
Umsetzung von 8-Hydroxychinolin mit Verbindungen der Formel 3 erhältlich, in denen Y ein entsprechender
Hydroxy-cycloalkylrest mit 5—15 C-Atomen ist, wobei
bo jedoch Isomerisierungen am Cycloalkylrest nicht völlig
zu vermeiden sind.
Das Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Formel 1 ist somit dadurch gekennzeichnet, daß man
8-Hydroxychinolin mit Verbindungen der Formel 3, in der X, R1, R2 die gleiche Bedeutung wie in Formel 1
haben, und Y Hydroxymethyl oder Halogenmethyl, Vinyl, ein Alken-(l)-yl-(2)-Rest mit 3-5 C-Atomen, ein
Alken-(2)-yl-(2)-Rest mit 4 bis 5 C-Atomen, ein
AIken-(2)-y!-(3)-Rest mit 5 C-Atomen, ein Cycloalken-(l)-yl-(l)-Rest
mit 5 bis 15 C-Atomen oder ein Rest der Formeln 4, oder ein Hydroxycycloalkylrest mit 5—15
C-Atomen ist, in Gegenwart von sauren Katalysatoren nach den bekannten Methoden zur Alkylierung von
Hydroxyarylverbindungen alkyliert, wobei das molare Reaktantenverhältnis 8-Hydroxychinolin zu Verbindungen
der Formel 3 zwischen 1 :1 und 10:1 liegt
Anstelle der (Cyclo)Alkenyl-substituierten Phenole oder Aniline der Formel 3 können auch entsprechende
Verbindungen eingesetzt werden, die auch unter dem Einfluß von sauren Katalysatoren Carboniumionen der
Formel 1 a zu bilden vermögen,
R1
(la)
R2
worin X, R1, R2 und Z die Bedeutung von Formel 1
haben.
Für die erfindungsgemäße Alkylierung von 8-Hydroxychinolin geeignete Verbindungen sind beispielsweise
die folgenden gemäß DE-AS 12 35 894 erhältlichen Phenol-Typen und gemäß DE-AS 11 91 363 bzw. gemäß
DE-OS 20 64 305 erhältlichen Anilin-Typen:
4-Isopropenylphenol,
2-Methyl-4-isopropenylphenol,
2,6-Dimethyl-4-isopropenylphenol,
2-Propyl-4-isopropenylphenoI,
2-Phenyl-4-isopropenylphenol,
2-ChIor-4-isopropenylphenol,
3-Methyl-4-isopropenylphenol,
2- (p-Hydroxyphenyl)-2-buten,
2-(p-Hydroxyphenyl)-2-penten,
4-Cyclohexenylphenol,
2-(p-Hydroxyphenyl)-2-(p-isopropenylphenyl)-
-propan,
p-Isopropenylanilin und
im Phenylkern durch Aryl,
beispielsweise Phenyl, Alkyl,
beispielsweise Ci — CVAlkyl oder Halogen,
beispielsweise Chlor oder Brom,
substituierte p-Isopropenylaniline.
p-Isopropenylanilin und
im Phenylkern durch Aryl,
beispielsweise Phenyl, Alkyl,
beispielsweise Ci — CVAlkyl oder Halogen,
beispielsweise Chlor oder Brom,
substituierte p-Isopropenylaniline.
Anstelle der monomeren Alkenylphenole und Alkenylaniline
kann man ebensogut die Dimeren dieser Verbindungen einsetzen, da diese bei den gewählten
Reaktionsbedingungen in die Monomeren zurückgespalten werden. Als Beispiel sei dimeres Isopropenylphenol
der folgenden Formel
HO-
CH3
I Il
C-CH2-C
CH3
CH3
CH2
OH
erwähnt.
Andere, im vorliegenden Zusammenhang zur Alkylierung von 8-Hydroxychinolin geeignete Verbindungen,
die unter dem Einfluß von sauren Katalysatoren Carboniumionen zu bilden vermögen, sind z. B.:
4-Hydroxy-benzylalkohol,
2-Brom-4-hydroxy-benzylalkohol,
3,5-Dibrom-4-hydroxy-benzylalkohol,
4-HydΓOxy-3,5-dimethyl-benzylalkohol,
4-Hydroxy-2,6-dimethyl-benzylalkohol,
4-Hydroxy-2-isopropyl-5-methyl-benzylaIkohol,
2-Phenyl-benzylalkohol,
3-Phenyl-benzylalkohol,
2-1-
2-2-
2-2-
4-Hydroxyphenyr
4-Hydroxyphenyl
4-Hydroxyphenyf
4- Hydroxyphenyl"
4-Hydroxyphenyl
4-Hydroxyphenyf
4- Hydroxyphenyl"
■propanol,
-äthanol,
-äthanol,
•2-[4-(l -hydroxypropyl-
(2))phenyl]-propan,
4-Amino-benzylalkohol,
2-Chlor-4-aminobenzylalkohoL
4-Amino-benzylalkohol,
2-Chlor-4-aminobenzylalkohoL
Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches geschieht folgendermaßen: Zuerst wird der Katalysator, gegebenenfalls
nach Neutralisation, dann gegebenenfalls vorhandenes Lösungsmittel und 8-Hydroxychinolin
aach bekannten Methoden, beispielsweise durch Extraktion, fraktionierte Kristallisation, Vakuum- und
Wasserdampfdestillation entfernt Durch Kristallisation des verbleibenden Rückstandes aus geeigneten Lösungsmitteln,
wie beispielsweise Benzol, Toluol, Äthanol, Diäthyläther, Aceton sowie aus Gemischen dieser
Lösungsmittel erhält man die gewünschten funktioneilen 8-Hydroxychinoline in guten Ausbeuten. Sie sind für
weitere Umsetzungen direkt zu verwenden.
Die folgenden Beispiele A, B und C erläutern die hier nicht geschützte Herstellung von Verbindungen der
Formel Formel 1:
2-[4-Hydroxyphenyl]-2-[5-(8-hydroxychinolyl)]-propan
J5 1508 g 8-Hydroxychinolin, 483 g p-lsopropenylphenol
und 150 h Bentcnit (saurer Katalysator K 20 der Firma Südchemie, München) werden zusammengegeben und
unter Rückfluß und Stickstoffatmosphäre 24 h auf 1800C erhitzt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch
über eine Drucknutsche filtriert, um den festen Katalysator abzutrennen.
Nach Zugabe von Methylenchlorid/Wasser fällt ein Teil des 2-[4-Hydroxyphenyl]-2-[5-(8-hydroxychinolyl)]-propans
kristallin an. Das zurückbleibende Gemisch
Vi wird einer Wasserdampfdestillation unterworfen, wobei
das im Überschuß eingesetzte 8-Hydroxychinolin zurückgewonnen werden kann. Bei erneuter Zugabe
von Methylenchlorid fällt ein weiterer Teil des funktionellen Oxychinolins kristallin an.
Die beiden kristallinen Fraktionen ergeben vereinigt eine Gesamtausbeute von 460 g (46% d.Th.). Nach
Extraktion im Soxhlet mit Benzol erhält man farblose Kristalle aus Benzol mit dem·Schmelzpunkt 139° C.
5r> Analyse:
Ber. C 77,4, H 6,10, N 5,01%;
gef. C 77,5, H 6,03, N 4,87%.
gef. C 77,5, H 6,03, N 4,87%.
2-[4-Aminophenyl]-2-[5-(8-hydroxychinolyl)]-propan
2180 g 8-Hydroxychinolin, 400 g p-Isopropenylanilin und 300 g Bentonit (saurer Katalysator K 20 der Firma
Südchemie München) werden 26 h unter Rückfluß und Stickstoffatmosphäre auf 16O0C erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird über eine Drucknutsche filtriert und
danach sukzessive zuerst einer Vakuum- und dann einer
Wasserdampfdestillation unterworfen. Dabei erhält man fast quantitativ das im Überschuß eingesetzte
8-Hydroxychinolin zurück. Anschließend versetzt man das Reaktionsgemisch mit Methylenchlorid und trennt
die organ. Phase ab. Man extrahiert dim nach Einengen
der organischen Phase verbleibenden Rückstand mit einem Methylenchlorid/Petroläthe r-Gemisch und erhäk
382 g (46% d. Th.) des 2-[4-Aminophenyl]-2-[5-{8-hydroxychinolyl)]-propans
mit dem Schmelzpunkt 105—1070C. Durch Kristallisation aus Äthanol erhöht
sich df,r Schmelzpunkt der farblosen Kristalle auf 109° C.
15
20
Analyse:
Ber. C 77,7, H 6,46, N 10,02%;
gef. C 77,5. H 6,58, N 9,88%.
gef. C 77,5. H 6,58, N 9,88%.
[4-Hydroxy-3,5-dimethyl-phenyl]-[5-{8-hydroxychinolyl)]-methan
36,2 g 8-Hydroxychinolin werden in 200 ml Eisessig gelöst und innerhalb einer Stunde wird in der Siedehitze
eine Lösung von 7,6 g 2,6-Dimethyl-4-hydroxymethylenphenol in 50 ml Eisessig zugetropft. Man erwärmt 5 r>
Stunden auf Rückfluß und entfernt Eisessig durch Vakuum- bzw. Azeotropdestillation. Mittels Wasserdampfdestillation
wird überschüssiges 8-H\ droxychino-Hn abgetrennt. Der verbleibende Rückstand wird in
Methylenchlorid aufgenommen und filtriert. Nach j<> Einengen der Methylenchloridlösung werden 7,1 g
farblose Kristalle, entsprechend einer 47%igen Ausbeute gewonnen.
Analyse: π
Ber. C 77,5, H 6,10, N 5,01%;
gef. C 77,2, H 6,22, N 5,04%.
gef. C 77,2, H 6,22, N 5,04%.
Die metallhaltigen Polymeren der Formel 11 besitzen
aufgrund ihres Metallgehaltes eine erhöhte Thermosta- w bilität (gemessen nach DIN 53 735), eine erhöhte
Chemikalienbeständigkeit (gemessen nach DIN 53 476), eine höhere Einfriertemperatur und eine verminderte
Spannungsrißkorrosion (gemessen nach DIN 53 449) als die entsprechenden metallfreien Polykondensate mit ·)>
8-Hydroxychinolinendgruppen der Forme! 10.
Beide Polykondensattypen, die metalli'reien vom Typ der Formel 10 und die metallhaltigen vom Typ der
Formel 11 sind entsprechend den ihnen zugrundeliegenden Polymersequenten M technisch verwendbar ">o
und gewerblich verwertbar: Also die Polycarbonate der Formeln 10 und 11 auf Basis M| analog den
entsprechenden Polycarbonaten mit den üblichen Endgruppen (z. B. p-tert.-Butylphenyl-Endgruppen), anstatt
den von den 8-Hydroxychinolinen der Formel 1 "Λ
abgeleiteten Endgruppen; die Polyester der ΓοτηεΙη 10
und 11 auf Basis M2 analog den entsprechenden
Polyestern mit den üblichen Endgruppen anstatt den von den 8-Hydroxychinolinen der Formel 1 abgeleiteten
Endgruppen; die Polyamide der Formeln 10 und 11 auf m>
Basis M3 analog entsprechenden Polyamiden mit den üblichen Endgruppen anstatt den von den 8-Hydroxychinolinen
der Formel 1 abgeleiteten Endgruppen.
Aus der Verwendung der 8-Hydroxychinoline der
Formel 1 als Kettenabbrecher für die Polykondensate tv>
vom Typ Mi, M2 und Mj der Formel 10 resultieren die
zusätzlichen, bereits erwähnten komplexierenden Eieenschaften dieser Polykondensate: aus der erfindungsgemäßen
Umsetzung zu den metallhaltigen Polykondensaten der Formel 11 resultieren die obenerwähnten
Eigenschaftsverbesserungen.
Die folgenden Beispiele beschreiben die hier nicht geschützte Herstellung einiger 8-Hydroxychinolinendgruppen-haltiger
Polykondensate der Formel 10, sowie ihre Verwendung zur Herstellung einiger erfindungsgemäßer
metallhaltiger Polymerer der Formel 11.
456 g Bisphenol A und 559 g 2-[4-HydroxyphenyI]-2-[5-(8-hydroxychinolyl)j-propan
werden in 4 kg 9%iger Natronlauge gelöst und anschließend 9 kg Methylenchlorid dazugegeben. Unter starkem Rühren werden
562,8 g Phosgen eingeleitet und danach 60 ml einer 4%igen Triäthylamin-Lösung zugetropft Man läßt 1
Stunde nachrühren und gibt ggf. so viel Natronlauge zu, daß der pH der Lösung konstant bei 13 bleibt Die
Phasen werden getrennt und die wäßrige Phase auf vollständigen Umsatz geprüft Die organische Phase
wird einmal mit 5%iger HjPO^ extrahiert, mit Wasser
neutral gewaschen und anschließend über Natriumsulfat getrocknet. Man engt die organische Phase ein und
erhält direkt das kurzkettige Polycarbonat mit Hydroxychinolinendgruppen durch Ausfällen in Methanoi T\rcf-1,038
(r)rc, wurde gemessen in CH2CI2 bei 20°C; 0,5 g
gelöst in 100 g Lösung); Stickstoffanalyse: N2 2,56%; phenol. OH: 2,8%. Das aus diesen Werten ermittelte
Molekulargewicht beträgt Mn = 1178.
456 g Bisphenol A und 7 g 2-[4-Hydroxyphenyl]-2-[5-(8-hydroxychinolyl)]-propan
werden in 2,675 kg 9%iger Natronlauge gelöst. Dann werden 6 kg Methylenchlorid zugegeben und 280 g Phosgen unter starkem Rühren
eingeleitet. Anschließend setzt man noch 30 ml einer 4%igen Triäthylamin-Lösung hinzu und läßt 1 Stunde
nachrühren, wobei der pH der Lösung durch Zugabe von Natronlauge bei 13 gehalten wird. Die Aufarbeitung
erfolgt wie in Beispiel 1.
i\rci: 1,517 (gemessen in CH2C12-Lösung bei 20°C,
0,5 g gelöst in 100 g Lösung).
Stickstoffanalyse N2:0,04%.
Mn = 17 800(membranosmometrisch in Dioxan).
114 g Bisphenol A, 9,30 g 2-[4-Hydroxyphenyl]-2-[5-(8-hydroxychinolyl)]-propan
und 40 g Natriumhydroxid werden in 3 I Wasser gelöst. Anschließend gibt man noch 300 ml einer 10%igen Natriumlaurylsulfat-Lösung
hinzu. Die Reaktionslösung wird stark gerührt und dann noch mit 101,6 g Isophthalsäuredichlorid in 31 Methylenchlorid
versetzt. Man rührt die entstandene Emulsion noch 5 min und fällt dann in Aceton aus. Man filtriert
und wäscht das gebildete Hydroxychinolinendgruppenhaltige Polymerisat mit Wasser und Aceton. Der auf
diese Weise gereinigte Polyester wird im Vakuum getrocknet.
r\rcr. 1,035 (gemessen wie in Beispiel 1).
Mn (gemessen membranosmometrisch in Dioxan):
5500.
7,65 g (7 inMol) des in Beispiel 1 beschriebenen
Polycarbonats mit Hydroxychinolincndgruppen (M,, = 1096) werden in 150 ml absol. CH2Cb gelöst und
sukzessive mit je 10 ml einer Lösung von 3,4 g Titan-tetra-butylat in 100 ml absol. CH2Cl2 versetzt,
wobei jeweils nach Zugabe von 10 ml der Titan-tetra-butylat-Lösung die relative Viskosität als Maß für
24
das Anwachsen des Molekulargewichts bestimmt wurde. In der nachfolgenden Tabelle I wird die
steigende Viskosität in bezug zu der jeweils zugegebenen Menge an Metallverbindung gebracht.
Vorlage
Zugabe Verhältnis d. Äquivalente
Polykondensat/Metall-
verbindung
7,65 g Polycarbonat mit Oxychinolin
endgruppen (Mn = 1096)
desgl.
desgl.
desgl.
desgl.
10 ml Lösung 1*)
20 ml Lösung I*) 30 ml Lösung I*) 40 ml Lösung I*) 50 ml Lösung I*)
*) Lösung I: 3,4 g Titan-tetra-butylat in 100 ml CH2Cl2.
7:1
7:2
7:3
7:4
7:5
1,066 1,082 1,093 1,142
Beispiel 5
1,78 g des in Beispiel 2 hergestellten Hydroxychino- 25 einer Lösung von 3,83 g Zirkon-tetra-butylat in 11 absol.
lin-endgruppen-haltigen Polycarbonats Ain= 17 800)
werden in 100 ml absol. CH2CI2 gelöst und 10 ml dieser
Lösung vorgelegt. Dazu wird sukzessive jeweils 1 ml
CH2Cl2 getropft und wie bei Beispiel 4 jedesmal die
relative Viskosität bestimmt
Vorlage
verbindung
"rrl
1,78 g Polycarbonat mit Oxychinolin- 1 ml Lösung II*)
endgruppen (M'„ =17 800)
desgl. 2 ml Lösung II*)
desgl. 3 ml Lösung II*)
desgl. 4 ml Lösung II*)
desg!. 5 ml Lösung II*)
desgl. 6 ml Lösung II*)
10:1
10:2
10:3
10:4
10:5
10:6
1,714
1,844 2,083 2,419 2,635 2,705
1,517
*) Lösung II: 3,83 g Zirkon-tetra-butylat in 1 1 CH2CL2.
Beispiel 6
5 g des in Beispiel 2 hergestellten Polycarbonats so Folien verarbeitet In Tabelle 3 sind die Streckspannung
,= 17 800) werden in 180 ml absol. CH2Cl2 gelöst
und mit 14 ml, 21 ml und 28 ml einer Lösung von 0383 g
Zirkon-tetra-butylat in 100 ml absoL CH2Cl2 tropfenweise versetzt Die entstandenen kettenverlängerten,
zirkonhaltigen Polycarbonate wurden isoliert und zu
as, die Reißfestigkeit or, die Reißdehnung ε« und der
Elastizitätsmodul der Folien angegeben und in bezug zu dem Metallgehalt des jeweiligen Polykondensats
gebracht
Verhältnis <L Äquivalente Polykondensat/Metallverbindg.
as (kp/cm2) ag (kp/cm2)
E-Modnl (kp/cm2)
1:04
1:0,75
1:1
Streckspannung, Reißfestigkeit und Reißdehnung wurden im Zugversudi nach DIN 53 455 ermittelt; derE-Modul
wurde gemäß DIN 53 457 ermittelt
533 | 509 | 693 | 27000 |
500 | 500 | 50,6 | 28400 |
516 | 500 | 50,8 | 29 700 |
24 g eines gemäß Beispiel 2 hergestellten Polycarbonats mit 8-Hydroxychinolinendgruppen und einem
Molekulargewicht Mn = 11 980 (membranosmometrisch
bestimmt in Dioxan) werden in 200 ml absol. CH2Cl2 gelöst und mit 0,476 g Titantetrabutylat in absol.
CH2Cl2 versetzt. Das metallhaltige Polykondensat
wurde zur Folie verarbeitet und davon der Elastizitätsmodul (nach DIN 53 457) sowie die Einfriertemperatur
bestimmt. Außerdem wurde osmometrisch das Molekulargewicht ermittelt.
Verhältnis der | Mn osmometrisch | ET | E-Modul |
Äquivalente | in Dioxan | ||
Polykondensat/ | Ausgangssubstanz | ||
Metallverbindung | Mn = 11980 | (X) | (kp/cm^ |
2:1,4
Mn 18 154,5 22 700
8 g eines gemäß Beispiel 2 hergestellten Polycarbonats mit Mn = 16 000 (membranosmometrisch bestimmt
in Dioxan) wurden in 100 ml absol. CH2Cl2 gelöst
in 20 ml CH2Cl2 dazugegeben. Das entstandene titanhaltige
Polycarbonat wurde mittels Differentialthermoanalyse untersucht. Tabelle 5 zeigt die durch Einbau des
und eine Lösung von 0,32 g Titantetra-butylat-polymer 25 Metalls erhöhte Einfriertemperatur.
Tabelle 5
Verhältnis der | ET | ET | Thermische Stabilität nach |
Äquivalente | Polykondensat mit | Metallpolykondensat | DIN 53 735 |
Polykondensat/ | Hydroxychinolin- | ||
Metallverbindung | endgruppen |
1:0,5
145°C
162°C
ab 3500C Zersetzung
Jeweils 1,78 g des in Beispiel 2 hergestellten Polycarbonats mit 8-Hydroxychinolinendgruppen werden mit den in
Tabelle 6 aufgeführten Metallacetylacetonaten im molaren Verhältnis 1:1 durch zweistündiges Erhitzen auf 1400C in
Dichlorbenzol umgesetzt
Vorlage
1,78 g Oxychinolin-Polycarbonat (Mn=Yl 800)
desgl.
desgl.
desgl.
Zugabe
Metallgehalt (Gew.-%)
berechnet gefunden
berechnet gefunden
mg Kobaltacetylacetonat 0,33 0,33
mg Nickelacetylacetonat 0,33 0,34
mg Eisenacetylacetonat 0,32 0,31
mg Eisenacetylacetonat 0,32 0,31
Alle metallhaltigen Polycarbonate konnten zu Folien verarbeitet werden. Die kobalthaltige Folie wurde im
Zugversuch nach DIN 53 455 getestet:
Reißfestigkeit, oÄ(kp/cm2): 585
Reißdehnung, 6ä%: 51
Je 3 g des im Beispiel 3 beschriebenen Polyesters mit 8-Hydroxychinoiinendgruppen (Mn — 5500) werden in
100 ml absoL CHJCl2 gelöst und mit den folgenden
Metaualkoholatlösungen in äquivalenten Mengen (1:1)
versetzt:
10 ml einer Lösung von 1,77 g Titar.-tetra-batylat in
100 ml absoL CH2Cl2,
10 ml einer TA^ing von 2 g Zirkon-tetra-butylat in
Vorlage
Zugabe Metallgehalt (Gew.-%)
berechnet gefunden
berechnet gefunden
3 g Polyester mit 8-Hydroxy- | 0,177 g Ti(C4H9O)4 | 0,83% | 0,75% |
chinolin-endgruppen (Mn 5500) | |||
desgl. | 0,200 g Zr(C4H9O)4 | 1,6% | 1,4% |
Beispiel 11
Polyester mit aliphatischen Dicarbonsäuren .
Polyester mit aliphatischen Dicarbonsäuren .
Eine Mischung von 7,87 g Adipoylchlorid, 4,28 g Hydrochinon und 1,32 g 2-[4-Hydroxypheny!]-2-[5-(8-hydroxychinolyl)]-propan
und 20 ml Nitrobenzol wird unter Feuchtigkeitsausschluß innerhalb von 2'/2 Stunden
langsam auf 150° C erhitzt und weitere 6 Stunden bei dieser Temperatur belassen. Während der ganzen
Reaktionsdauer wird ein langsamer Stickstoffstrom durch die Mischung geleitet Das Nitrobenzol wird im
Hochvakuum entfernt und der feste Rückstand gut
getrocknet. Es verbleibt ein weißes Polykondensat mit einem membranosmcjmetrisch in Dioxan bestimmten
Molekulargewicht von Mn = 7600.
Das verbleibende Polymerisat wurde auf seinen Hg-Geha!t hin untersucht: Hg-Gehait 5,1 Gew.-°/o.
Auch durch dieses Beispiel wird die große Aufnahmefähigkeit der erfindungsgemäßen Polykondensate 10 für
Schwermetallionen gezeigt.
Das erhaltene Hg-haltige Polymerisat entspricht der Struktur der Produkte der Formel 11 und ist somit
zugleich ein Beispiel für die Herstellung eines metallhaltigen Polyamids der Formel 11.
Claims (2)
1. Metallhaltige Polymere der Formel 11
ο—σ
Q entweder ein Rest der Formel 10 a
R1
R1
HO
oder T ist
und worin
R' und R2 gleich oder verschieden sind, und Wasserstoff (Ci-C4)-Alkyl, Phenyl oder Halo- 3D
gen (beispielsweise Chlor oder Brom) bedeuten und
Z >CH2> > CH-CH3, ein Isoaikylidenrest mit 3
bis 5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cycloalkylidenrest mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder ein Rest der Formeln 2
— C
(2 a)
45
(2 b)
50
ist, in denen
R4, R5, R3 gleiche oder verschiedene Alkylreste
mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen sind, und
■0 —
M ein Polycarbonatsegment, ein Polyestersegment oder ein Polyamidsegment ist,
η zwischen 1 und 50 liegt und
G den Metallverbindungen der Formel 12a
Me-ΟΙ
Me-
entspricht, in denen
m die Zahl der am Metallatom befindlichen Anionenbindungen und/oder Liganden T ist, die
sich aus der Differenz von Wertigkeit oder Koordinationszahl minus zwei berechnet,
r eine ganze Zahl zwischen O und 20 ist,
Me ein Metall der 1. bis 8. Nebengruppe oder der 2.
bis 5. Hauptgruppe ist, und
T Anionen anorganischer Mineralsäuren, organischer Carbonsäuren, Komplexbildnern,
Ci - Cie-Alkoxyresten, C6 - C^-Aryloxyresten
und/oder Trialkylsiloxyresten mit 3 bis 12 C-Atomen entspricht, und
-H oder
CT)m
— \Me —O—/rMe(T)m +
2. Metallhaltige Polymere der Formel 11 gemäß
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß M ein Polycarbonatsegment der Formel Mi
_C-O-/ V-L-/
D D
ist. worin D Chlor, Brom, Wasserstoff oder Ci-C4-Alkyl, Leine Einfachbindung, Ci-Cs-Alkylen,
C-O
ό
4
C2-C5-Alkyliden, Cs-Cis-Cycloalkylen, Cs-Cis-Cycloalkyliden oder ein Rest der folgenden Formel
CH3 CH3
-C — CH3 CH3
und ρ eine ganze Zahl zwischen 2 und 50 ist
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752504382 DE2504382C3 (de) | 1975-02-03 | 1975-02-03 | Metallhaltige Polymere |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752504382 DE2504382C3 (de) | 1975-02-03 | 1975-02-03 | Metallhaltige Polymere |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2504382A1 DE2504382A1 (de) | 1976-08-05 |
DE2504382B2 true DE2504382B2 (de) | 1981-10-08 |
DE2504382C3 DE2504382C3 (de) | 1982-05-27 |
Family
ID=5937953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752504382 Expired DE2504382C3 (de) | 1975-02-03 | 1975-02-03 | Metallhaltige Polymere |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2504382C3 (de) |
-
1975
- 1975-02-03 DE DE19752504382 patent/DE2504382C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2504382A1 (de) | 1976-08-05 |
DE2504382C3 (de) | 1982-05-27 |
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