DE2726749A1 - Verfahren zur herstellung von 2,4,6- triketohexahydrotriazinen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von 2,4,6- triketohexahydrotriazinenInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung von 2,4,6-Triketohexahydro-
- triazinen Beschreibung und Beispiele Die Herstellung von 2,4,6-Triketohexahydrotriazinen ist bekannt. Sie werden in der Literatur gelegentlich auch als Isocyanurate bezeichnet und können durch Trimerisierung von Isocyanaten in Gegenwart von chemisch sehr verschiedenartigen Katalysatoren hergestellt werden.
- Als Trimerisierungskatalysatoren können Metallverbindungen aus der Gruppe Salze, Basen und homöopolare Metallverbindungen, wie Metallnaphthenate, Na-Benzoat in DMF, Erdalkaliacetate,- formiate und -carbonate, Metallalkoxide, AlCl3 und Fe-Acetylacetonat eingesetzt werden. Diese lassen sich aus den Reaktionsprodukten, den 2,4,6-Triketohexahydrotriazinen, nur sehr schwierig und schlecht oder überhaupt nicht abtrennen. Sie verbleiben vielmehr im Reaktionsprodukt.
- Dieses ist natürlich von großem Nachteil, vor allem dann, wenn es sich um ein Isocyanurat handelt, das durch Trimerisierung eines Isocyanats mit mehr als einer NCO-Gruppe/ Mol hergestellt worden ist. Beim Erhitzen reagieren nämlich die freien NCO-Gruppen dieser Isocyanurate in Gegenwart des Trimerisierungskatalysators noch weiter. Es bilden sich höhermolekulare, Isocyanuratringe enthaltende Polyisocyanate.
- Mit zunehmender Reaktion tritt sogar Vernetzung ein. Aus diesem Grunde ist es auch verstandlich, warum ein noch katalysatorhaltiges Isocyanurat, das noch über Alkylengruppen am Triazinring gebundene NCO-Gruppen enthält, kaum zur gezielten Weiterreaktion mit Alkoholen oder Aminen eingesetzt werden kann.
- Das Ziel bei jeglicher Herstellung von Isocyanuraten (aus Polyisocyanaten) muß daher die vollständige Entfernung des Katalysators nach beendeter Trimerisierung sein. Dieses läßt sich einfach realisieren, indem man leichtflüchtige Verbindungen, z.B. tertiäre Amine, Phosphine als Trimerisierungskatalysator einsetzt. Der Nachteil bei der Verwendung dieser Verbindungen besteht allerdings darin, daß diese Verbindungen (tert. Phosphine) nicht nur die Trimerisierung sondern auch z.T. die Dimerisierung von Isocyanaten katalysieren. Weiterhin muß noch darauf hingewiesen werden, daß tert. Amine sehr gut die Trimerisierung von aromatischen Isocyanaten katalysieren, bei aliphatischen oder cycloaliphatischen Isocyanaten, vor allem mit sterisch gehinderten NCO-Gruppen, keinen katalytischen Effekt zeigen. So gelang beispielsweise eine Trimerisierung von Isophorondiisocyanat weder mit Triäthylamin, Dimethylbenzylamin noch 1,4-Diazabicyclo-octan-fl2.2.2. Bei dem Versuch Mischpolymerisate aus Isocyanaten und Olefinoxyden durch Einwirkung von N,N'-Endoäthylenpiperazin herzustellen, wurde gefunden, daß das System-Olefinoxid/N-N'-Endoäthylenpiperazin aromatische Isocyanate trimerisiert. Burton D. Beitchmann (I + EC Product Research and Develop., Vol. 2 March 66, Seite 41) konnte eine Wirksamkeit dieses Katalysatorsystems bei aliphatischen oder cycloaliphatischen Isocyanaten Jedoch nicht feststellen.
- Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß dieses System dennoch wirksam sein kann, wenn man das Verfahren zur Herstellung von aliphatisch- und cycloaliphatischsubstituierten 2,4,6-Triketohexahydrotriazinen durch katalytische Trimerisierung von aliphatischen bzw. cycloaliphatischen Isocyanaten, gegebenenfalls in inerten organischen Lösungsmitteln, bei erhöhter Temperatur so führt, daß man die Trimerisierung in Anweseileit eines Katalysators aus Epoxidverbindungen der allgemeinen Formel in der R gleiche oder verschiedene Reste aus der Gruppe Wasserstoff, Alkyl-, Cycloalkyl-, Aralkyl- und Arylrest, die gegebenenfalls durch Halogenatomeoder OH-Gruppen substituiert sein können und R' gleiche oder verschiedene Reste aus der Gruppe R und eine oder mehrere Epoxidgruppen enthaltende Alkyl-, Cycloalkyl-, Aralkyl- und Arylreste, wobei 2 R, 2 R' oder R und R' auch Bestandteile eines cycloaliphatischen Ringes sein können und einem tertiären Amin der allgemeinen Formel in der R1 ein C1 und C2 -Alkylrest, R2 und R3 ein gleicher oder verschiedener Rest aus Gruppen gegebenenfalls aryl-oder hydroxylgruppen- substituierter Alkyl-, Cycloalkyl-und Arylrest sein können, wobei R2 und R3 auch durch - 0 --5- - Brücken verknüpft sein können, im Molverhältnis von 1 - 6 : 1, vorzugsweise 1 - 4 : 1, und in einer Menge von 0,1 - 5,0 Gew.-, vorzugsweise 0,5 - 3,0 Gew.-%, bezogen auf die Menge Isocyanat, bei Temperaturen von 80 - 200 °C, vorzugsweise 120 - 180 °C, durchführt und die Reaktion bei einem Umsatz von 50 % abbricht und anschließend das entstandene 2,4,6-Triketohexahydrotriazin auf bekannte Weise isoliert.
- Die aus dem Reaktionsgemisch zurückgewonnenen, nicht umgesetzen Isocyanate werden vorzugsweise wieder in die Reaktion ohne Reinigung zurückgeführt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß überdestillierte Katalysatorkomponenten bei Umsetzung nicht verloren gehen. Die Auftrennung des Reaktionsgemisches nach der Addition erfolgt vorzugsweise in einer Dünnschichtdestillation. Epoxid und Piperazin können auch in Molverhältnissen 6 : 1 verwendet werden. Ein höheres Verhältnis an Epoxidverbindungen ist aus wirtschaftlichen Gründen wenig sinnvoll.
- Geeignete Epoxidverbindungen der vorstehenden allgemeinen Formel zur Herstellung der erSindongsgemäBen Katalysatorkombination sind Mono- oder Polyepoxide. Die Reste R und R' können auch Heteroatome, wie Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff u.a. in der Kette enthalten bzw. durch solche mit dem Formelgerüst verbunden sein. Beispiele für geeignete Epoxidverbindungen sind die aliphatischen, wie Propylenoxid, 1,2,-Butylenoxid, Butadiendioxid, Epichlorhydrin, Epibromhydrin, Glycidol, Methylglycidäther, Aethylglycidäther, Propylglycidäther, Allylglycidäther, n-Butylglycidäther, 2-Aethylhexylglycidäther, Diglycidäther u.ä., die cycloaliphatischen, wie Cyclohexenoxid, Cyclopentadienoxid, Vinylcyclohexendioxid, Dicyclopentadiendioxid, sowie die aromatischen Epoxide, wie Styroloxid, Phenylglycidäther u. a.
- Geeignete tertiäre Amine im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise Dimethylcyclohexylamin, Dimethylbenzylamin, Dimethyl-äthanol-amin, 3-Dimethylamino-propanol-2, N,N,N',N'-Tetramethyläthylendiamin, 1-Methylpiperidin, 1-Äthylpiperidin, 4-Methylmorpholin, 4-Äthylmorpholin, 1,4-Dimethylpiperazin, 1,4-Diäthylpiperazin, 1 -Methyl-4 (-2-hydroxyläthyl )-piperazin, u.ä.
- Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren sind alle Mono- und Polyisocyanate der aliphatischen oder cycloaliphatischen Reihe geeignet. Verwendet man Di- oder andere Polyisocyanate, so kann man entsprechend isocyanatgruppenhaltige Isocyanurate erhalten, die von großer technischer Bedeutung sind. Geeignete Isocyanate sind z.B. Methylisocyanat, Äthylisocyanat, Propylisocyanat, n-Butylisocyanat, Isohexylisocyanat, Dodecyl-isocyanat, Oleylisocyanat, Stearylisocyanat, Cyclohexylisocyanat, 2-Chloräthylisocyanat, 2-Cyanäthylisocyanat, 6-Chlorhexylisocyanat, Isocyanatoessigsäureäthylester, Propylätherpropylisocyanat, Benzylisocyanat, Phenyläthylisocyanat, 1 , 2-Äthylendiisocyanat , 1,4-Tetramethylendiisocyanat, 1 , 6-Hexamethylendiisocyanat, Aj ,'-Diisocyanatodi-n-propyläther, 1,4- und 1,3-Xylylendiisocyanat, z ,u'-Diisocyanato-1, 4-diäthylbenzol, 1,4-Diisocyanatocyclohexan, Di-(4-isocyanatocyclohexyl-)methan, 1-Isocyanato-3-(isocyanatomethyl)-3,5,5-trimethylcyclohexan (IPDI), 2,2,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat-1,6 , 2,4,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat-l 1,6,11-Triisocyanatoundecan. Weitere geeignete aliphatische Isocyanate sind in Annalen 562, S. 122 f. beschrieben. Es können auch Gemische der vorgenannten Isocyanate eingesetzt werden.
- Die Trimerisierung der obigen Isocyanate kann auch im geschlossenen System unter Eigen- oder Uberdruck durchgeführt werden.
- Die Verfahrensprodukte der vorliegenden Patentanmeldung sind wertvolle Zwischenprodukte. Sie finden bei Lackzubereitungen Verwendung.
- Der Gegenstand der Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele illustriert: Beispiel 1: In einem 150 l-Reaktor wurden 100 kg l-Isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylisocyanat mit 2,5 Gew.% des Katalysatorsystems aus N-Methylpiperidin und Propylenoxid im Molverhältnis von 1 : 4 versetzt und 3 h auf 120 0C erhitzt. Nach dieser Zeit war der ursprüngliche NCO-Gehalt des Reaktoreinsatzes von 37,8 % NCO auf ca. 28 % NCO gefallen. Es wurde nun möglichst schnell auf Raumtemperatur abgekühlt, bei der sich der NCO-Gehalt auch nach mehreren Wochen nur unwesentlich änderte. Das noch niedrig-viskose Reaktionsgemisch wurde nun ohne vorherige Desaktivierungen des Katalysators der Dünnschichtdestillation zugeführt.
- Bei 150 - 160 0C und 0,1 Torr wurde das Monomere von der trimerisierten Form abgetrennt. Der Rückstand bestand aus dem gewünschten 2,4,6-Triketohexahydrotriazin und zum geringen Anteil aus höheren Addukten. Es war jedoch frei von Monomeren und enthielt nur 0,01 Gew.-5' N-Methylpiperidin.
- Das Destillat, welches ca. 80 % des eingesetzten N-Methylpiperidins enthielt, wurde anstelle des monomeren Isocyanats in einem weiteren Ansatz wieder eingesetzt.
- Die Ausbeuten, bezogen auf das umgesetzte Isocyanat, dieses und der anderen Beispiele sind praktisch quantitativ, da das nicht umgesetzte Isocyanat zurückgewonnen und in einem weiteren Ansatz wiederverwendet werden kann.
- Beispiel 2:.
- 100 kg 1-Isocyanatomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylisocyanat wurden mit 2,0 Ges.5' der Katalysatorkombination Dimethylcyclohexylamin und n-Butylglycidäther im Molverhältnis 1 : 2 gemischt. Nach Katalysatorzugabe wurde eine Stunde auf 130 OC erhitzt. Innerhalb dieser Zeit sank der NCO-Gehalt des eingesetzten IPDI von 37,8 5' auf ca. 26 °w. Die Umsetzung wurde in einem geschlossenen System durchgeführt, da im offenen System die Katalysatorverluste u.U. betrçichtlich sein können (Abdestillieren eine und/oder beider Katalysatorkomponenten), was sich letz-tlich dann in einer Verlangsamung der Reaktionsgeschwindigkeit ausdrückt.
- Das nicht umgesetzte freie IPDI wurde wie im Beispiel 1 beschrieben, durch Dünnschichtdestillation vom Reaktionsprodulit abgetrennt.
- Beispiel 3: 100 kg 1-Isocyanatomethyl-3 5, 5-trimethylcyclohexylisocyanat mit 1,7 Gew.% des Katalysators aus 1 Mol Dimethyläthanolamin und 3 Molen Phenylglycidäther wurden 3 h auf 120 OC erhitzt. Der NCO-Gehalt des resultierenden Reaktionsgemisches betrug 26,5 %. Die weitere Aufarbeitung (durch Dünnschichtdestillation) erfolgte dann analog den im Beispiel 1 gemachten Angaben.
- Beispiel 4: 100 kg Di(4-isocyanatocyclohexyl)-methan (=HMDI) wurden mit 2 Gew.% eines Katalysators aus 1 Mol Dimethylbenzylamin und 4 Molen Propylenoxid 3 h bei 140 0C erhitzt. Der NCO-Gehalt fiel dabei von 33,6 auf 24 5' NCO. Dieses Reaktionsgemisch wurde dann wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, weiterbehandelt. Das Reaktionsprodukt (Triisocyanat des HMDI) hatte einen NCO-Gehalt von ca. 16 5'.
- Beispiel 5: 10 kg Cyclohexylisocyanat wurden mit 2 Gew. eines Katalysators aus 1 Mol N,N'-Dimethylpiperazin und 4 Molen Propylenoxid 2 h bei 120 °C erhitzt. Nach dieser Zeit war der NCO-Gehalt der Reaktionsmischung unter 1 % gefallen. Das so hergestellte Trimere des Cyclohexylisocyanats enthielt aber noch ca. 5 5' monomeres Cyclohexylisocyanat. Verfährt man dagegen so, wie in Beispiel 1 - 4 beschrieben, setzt also das Cyclohexylisocyanat nur teilweise um und destilliert das nicht umgesetzte Isocyanat im Düirnschichtverdampfer ab, erhält man ein nahezu monomerfreies Reaktionsprodukt.
Claims (3)
- Verfahren zur Herstellung von 2,4,6-Triketohexahydrotriazinen Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von aliphatisch- und cycloaliphatisch- substituierten 2,4, 6-Triketohexahydrotriazinen durch katalytische Trimerisierung von aliphatischen bzw.cycloaliphatischen Isocyanaten, gegebenenfalls in inerten organischen Lösungsmitteln, bei erhöhter Temperatur, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Trimerisierung in Anwesenheit eines Katalysators aus Epoxidverbindungen der allgemeinen Formel in der R gleiche oder verschiedene Reste aus der Gruppe Wasserstoff, Alkyl-, Cycloalkyl-, Aralkyl- und Arylrest, die gegebenenfalls durch Halogenatome oder OH-Gruppen substituiert sind und R' gleiche oder verschiedene Reste aus der Gruppe R und eine oder mehrere Epoxidgruppen enthaltende Alkyl-, Cycloalkyl-, Aralkylweitere Patentansprüche auch Bestandteil eines cycloaliphatischen Restes darstellen und eines tertiären Amins der allgemeinen Formel in der R1 ein C1 und C2- Alkylrest, R2 und R3 ein gleicher oder verschiedener Rest aus Gruppen gegebenenfalls aryl-oder hydroxylgruppen substituierter Alkyl-, Cycloalkyl-und Arylrest bedeuten, wobei R2 und R3 auch durch -0-- s - -Brücken verknüpft sind, im Molverhaltnis von 1 - 6 : 1 und in einer Menge von 0,1 - 5,0 Gew.-%, bezogen auf die Menge Isocyanat, bei Temperaturen von 80 - 200 0C, vorzugsweise 120 - 180 °C, durchführt und die Reaktion bei einem Umsatz von 50 % abbricht und anschließend das entstandene 2,4,6-Triketohexahydrotriazin auf bekannte Weise isoliert.
- 2. Verfahren 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 die aus dem Reaktionsgemisch zurückgewonnenen, nicht umgesetzten Isocyanate wieder in die Reaktion zurückführt.
- 3. Verfahren 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 das nicht umgesetzte Isocyanat durch Dünnschichtdestillation abtrennt.
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DE-PS 26 44 684 (gutachtlich) * |
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US4419513A (en) | 1980-09-09 | 1983-12-06 | Bayer Aktiengesellschaft | Isocyanato-isocyanurates, and process for the production thereof |
Also Published As
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