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4-Aminomethyl-polyalkylpiperidine
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Die vorliegende Erfindung betrifft 4-Aminomethyl-polyalkylpiperidine
deren Derivate, deren Herstellung sowie deren Verwendung als Lichtschuzzmittel.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verbindungen der Formel
worin
R1 Wasserstoff, Alkyl(C1-8), R2 Wasserstoff, Alkyl(C1-22)carbonyl, Phenylalkyl(C1-4)carbonyl,
cyclohexylcarbonyl, gegebenenfalls durch 1 oder 2 Alkyl (C1-12) mit zusammen höchstens
18 C-Atomen substituierten Phenylcarbonyl oder einen Rest der Formel
eine der Bedeutungen von 4 oder einen Rest der Formel
wobei R3 nur dann Wasserstoff ist, wenn auch R2 Wasserstoff bedeutet,
R4
Alkyl(C1-18), welches gegebenenfalls eine -N = C = 0 - Gruppe trägt, Cyclohexyl,
Benzyl, Phenyl, Alkyl(C1-12)phenyl, R5 Alkylen(C1-20) oder Phenylen, R6 einen Rset
der Formeln
R7 Wasserstoff, Alkyl(C1-18), ß-Hydroxyäthyl, R8 Alkyl(C1-18), ß-Hydroxyäthyl, Phenyl
oder R9 und R10 zusammen mit dem N-Atom an welches si und R8 zusammen mit dem N-Atom
an welches sie gebunden sind, einen Morpholin- oder Piperidinrest bedeuten.
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In den obigen Formeln können die genannten Alkyl- und Alkylenreste
geradekettig oder verzweigt sein.
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Pl bedeutet vorzugsweise Ri, d.h. Wasserstoff oder Methyl, vorzugsweise
Wasserstoff.
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bedeutet vorzugsweise R2, d.h. Wasserstoff, Alkyl(C1-17)-carbonyl
oder einen Rest (a) worin vorzugsweise R4 = R4, vorzugsweise d.h. Wasserstoff oder
Alkyl(C1-17) carbonyl, vorzugsweise Wasserstoff oder Alkyl(C8-17)carbonyl, wobei
R2 und R3 jeweils vorzugsweise dieselbe Bedeutung haben.
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Bedeutet R3 einen Rest (b) oder (c), so ist R2 vorzugsweise Wasserstoff.
R2 als Alkylcarbonyl bedeutet vorzugsweise Alkyl(C8-17)-, vorzugsweise Alkyl(C11-17)carbonyl.
R3 bedeutet vorzugsweise R3, d.h. Alkyl(C1-17) carbonyl, einen Rest (a) worin vorzugsweise
R4 = oder einen Rest (b) worin R1 = H, R2 = R2' und R5 = R5', vorzugsweise R3",
d.h. Alkyl (C1-17) carbonyl oder einen Rest (b), worin R1 = H, R2 = und = = R;,
vorzugsweise Alkyl(C8-17)carbonyl, bei für diesen Fall R9 und R3 vorzugsweise dieselbe
Bedeutung haben.
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R3 als Alkylcarbonyl bedeutet vorzugsweise Alkyl(C8-17)carbonyl, vorzugsweise
Alkyl(C11-17)carbonyl.
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Bedeutet R3 einen Rest (b), so ist die Verbindung vorzugsweise symetrisch,
entsprechend der Formel
worin R7 vorzugsweise R5' bedeutet.
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R4 bedeutet vorzugsweise R4, d.h. Alkyl(C1-17) oder Phenyl.
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bedeutet vorzugsweise R5, d.h. Alkylen(C1-8) oder p-PhenylQn.
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5 Rest (c) sind vorzugsweise 0 oder 2 weitere Reste (e) vorhanden.
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und R8 bedeuten vorzugsweise Alkyl(C1-18) oder zusammen mit dem gemeinsamen
N-Atcm einen Morpholin- oder Piperidinrest, vorzugsweise einen der beiden Ringe.
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Bevorzugt sind insbesondere Verbindungen der Formel
und besonders Verbindungen der Formel
Das Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Formel (1),
worin R3 von Wasserstoff verschieden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass man für
den Fall, dass R3 von (a), (b) und (c) verschieden ist: ein Mol einer Verbindung
der Formel
mit 1 Mol der Verbindung der Formel R3a - CH worin R3a eine der Bedeutungen von
R3 hat, jedoch von (a), Ob), (c) und Wasserstoff verschieden ist, oder einem funktionellen
Derivat derselben, und - für den Fall, dass R3 = (a): eine Verbindung der Formel
(II) mit 1 Mol einer Verbindung der Formel R4 - N = C = O (IV), - fur den Fall,
dass R3 = (b): zwei Mol der Verbindung (II) mit 1 Mol der Verbindung der Formel
oder einem funkticnellen Derivat, - fUr den Fall, das R3 = (c): 1-3 Mol der Verbindung
(II) mit 1 Mol der Verbindung der Formel
worin R6a eine der Bedeutungen von R6 oder Chlor bedeutet, und - wenn auch R2 von
Wasserstoff verschieden ist, man das erhaltene Produkt (worin R2.= = H) fallweise
mit einem weiteren Mol der Verbindung (III) oder einem funktionellen Derivat derselben
oder (1V) in an sich bekanter Weise umsetzt.
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Die Verbindungen der Formel (II) sind selbst Lichtstabilisatoren.
Ihre bevorzugte Bedeutung ist aber diejenige als Zwischenprodukt zur Her stellung
der weiteren Verbindungen der Formel (1).
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Die Verbindungen der Formel (II) stellt inan her, indem man eine Verbindung
der Formel
in an sich bekannter Weise reduziert. Solche analoge katalytische Reduktionen mit
Wasserstoff oder Reduktionen unter Verwendung von Metallhydriden, wie Lithiumaluminiumhydrid,
sind bekannt.
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Die Verbindungen der Formeln (III), (IV), (V), (VI) und (VII) sind
bekannt.
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Die Verbindungen der Formel (I) sind vorallem als Lichtstabilisatoren
einsetzbar.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Stabilisieren
von Kunststoffen gegen den Abbau durch Licht, dadurch gekennzeichnet, dass man den
zu stabilisierenden Kunststoffen eine Verbindung der Formel (I) in einer Konzentration
von 0,01 bis 5 Gew. %, vorzugsweise 0.02 bis 1 cew. % vor, während oder nach der
Polymerbildung zusetzt.
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Die Erfindung betrifft auch stabilisierte Kunststoffe, die 0.1-5 Gew.
%, vorzugsweise 0.02-1 Gow. % einer Verbindung der Formel (I) als Lichtschutzmittel
enthalten, sowie Mittel, z.B. sog. Masterbatche, welche eine Verbindung der Formel
(I) in einer Konzentration von 20-80 Gew. %, vorzugsweise 40-60 osw. % enthalten.
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Besonders zahlreich sind die Anwendungsmöglichlkeiten im Kunststoffsektor.
So beispielsweise für Polyolefine, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen, Aethylen/Propylencopolymere,
Polybutylen, sowie Polystyrol,
hochmolekularem Polyäthylen, Aethylen/Propylen-Copolymeren,
Polyvinylchlorid, Polyester, Polyamid, Polyurethanen, Polyacrylnitril, ABS-Terpolymeren,
Terpolymeren von Acrylester, Styrol und Acrylnitril, Copolymeren von Styrol und
Acrylnitril oder Styrol und Butadien, vor zugsweise für Polypropylen, Polyäthylen
Aethylen/Propylencopolymer oder ABS.
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Es können auch Naturstoffe stabilisiert werden, wie beispielsweise
Kautschuk sowie auch Schmieröle. Die Einverleibung oder die Beschichtung der zu
schützenden Materialien erfolgt nach an sich bekannten Methoden.
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Ein besonders wichtiges Anwendungsserfahren besteht in der innigen
Vermischung eines Kunststoffes mit den neuen Verbindungen in der Schrelze z.B. in
einem Kneter oder durch Extrudieren, Spritzgiessen, Blasformen, verspinnen zu entsprechenden
Artikeln. Vorzugsweise setzt ruan Polypropylen oder Polyäthylen in Granulatform,
Gries- oder Pulverform ein.
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Beim Verarbeiten z.B. durch Extrusion, Spritzguss, Rotatiansguss oder
durch Blasformen erhält man beispielsweise Folien, Filrre, Schläuche Rohre, Behälter,
Flaschen, Profilteile, Fladen oder Bändchen oder auch Schäume. Man kann auch Metalldrähte
mit der Polymerschmelze mittels eines geeigneten Extruders überziehen.
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Die Kunststoffe müssen nicht unbedingt fertig polymerisiert bzw. kondensiert
sein bevor die Vermischung mit den erfindungsgemässen Verbindungen erfolgt. Man
kann auch Monomere oder Vorpolymerisate bzw. Vorkondensate mit den erfindungsgemässen
Stabilisatoren vermischen und erst nachher beim oder nach dem Kondensieren oder
Polymerisieren den Kunststoff in die endgültige Form überführen Neben den Verbindungen
der Formel (I) können den Kunststoffen noch weitere Stabilisatoren zugesetzt werden.
Solche weitere Verbindungen sind z.B. Antioxydantien auf der Basis sterisch gehinderten
Phenole sein, oder Schwefel - oder Phosphor - enthaltende Costabilisatoren oder
eine Mischung von geeigneten sterisch gehinderten Phenolen und Schwefel und/oder
Phosphor enthaltenden Verbindungen. Solche Verbindungen
sind z.B.
Penzofuranon (2) - und/oder Indolinon (2) verbindungen, sterisch gehinderte Phenole
wie ß-(4-Hydroxy-3,5-ditert.-butylphenyl)-propionsäurestearylester, Tetrakis-[methylen-3(3',5'-ditert.-butyl-4-hydroxyphenyl-)propionat]-methan,
1,3,3-Tris-(2-methyl-4-hydroxy-5-tert.-butylphenyl)-butan, 1,3,5 Tris(4-tert. butyl-3-hydroxy-2,6-dimethylbenzyl)-1,3,5-triazin-2,4,6
(IH, 3H, 5H)-trion, Bis (4-tert. butyl-3-hydroxy-2,6-dimethylbenzyl)dithiolterephthalat,
Tris (3,5 ditert. butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurat, Triester der P-(4fEydrmcy3,
5-ditertbutyl-+henyl) propionsäure mit 1,3,4-Tris- (2-hydroxyäthyl) -5-triazin 2,4,6
(IH, 3H, 5H)-tricn, Bis [3,3-bis-(4'ehydrcxy-3-tert, butylFhenyl) -butansäure]-glycolester,
1,3,5-trimethyl-2,4,6 tris-(3,5-ditert. butyl-4-hydroxybenzyl-) benzol, 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert.
butylphenyl) terephthalat, 4,4-Methylen-bis-(2,6 ditert. butylphenol, 4,4'-Butylidenbis-(-tert.
butyl-meta-kresol), 4,4-Thio-bis(2-tert. butyl-5-methylphenol), 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert.-butyl-phenol).
Auch antioxydativ wirkende Co-Stabilisatoren können zugegeben werden, wie z.B.
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schwefelhaltige Verbindungen, z.B. Distearylthiodipropionat, Di laurylthiodipropionat,
Tetrakis (methylen-3-hexyl-thiopropionat)-methan, Tetrakis (methylen-3-dodecyl-thiopropionat)-methan
und Dioctadecyldisulfid oder phosphorhaltige Verbindungen wie z.B. Trinonylphenylphosphit;
4,9-Distearyl-3,5,8,10-tetreoxadiphosphaspiroundecan, Tris-(2,4-ditert.-butylphenyl)-phosphit
oder Tetrakis (2,4-ditert.-butylphenyl)-4,4' biphenylylen-diphosphonit.
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Die erfindungsgemässen Verbindungen und deren obig erwähnte Mischungen
kann man auch in Gegenwart weiterer Additive verwenden. Solche sind an sich bekannt
und z.B. in der DOS 26 06 358 beschrieben. Diese gehören z.B. zur Gruppe der Aminoarylverbindungen,
der UV-Absorber und Lichtschutzmittel wie due 2-(2'Hydroxyphenyl)-benztriazole,
2-Hydroxybenzophenone, 1,3-Bis-(2'-hydroxybenzolyl-benzole, Salicylate, Zimtsäureester,
Ester von gegebenenfalls substituierten Benzoesäuren, sterisch gehinderte Amine,
Oxalsäurediamide.
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Weitere Additive sind z.B. Flammschutzmittel, Antistatika und weitere
an sich bekannte Zusätze, Die Verbindungen der Formel (I) sind vorzüglich geeignet
fur die Verwendung in Einbrennlackierungen insbesondere Fahrzeuglackierungen, vorallem
Zweischichtlackierungen wie z.B. Metallisé-Lackierungen für Automobile. Solche Lackierungen
insbesondere Autolackierungen, die eine Verbindung der Formel (I) oder ein Gemisch
solcher Verbindungen enthalten, sind Gegenstand der Erfindung. Solche Fahrzeuglackierungen
sind bekannt.
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Als Lacke kommen alle in der Industrielackierung verwendeten Arten,
vor zugsweise Einbrennlacke, infrage. Letztere werden vzw. bei über 100°C "eingebrannt"
um optimale Eigenschaften zu erhalten. Insbesondere sind in Kombination mit den
genannten Lichtschutzmitteln Lacke (sog.Nasslacke) bevorzugt, welche als Bindemittel
enthalten: Kanbinationen aus ölmodifizierten Polyesterharzen (Oelalkydharze) und
Melamin-Formaldehyd-Harzen oder Kombinationen aus fremvernetzenden Polyacrylatharzen
und Melamin-Formaldehyd-Harze oder Kombinationen aus gesättigten Polyestern und
Melamin-Formaldehyd-Harzen oder selbstvernetzende Polyacrylatharze oder auch Polyacrylatharze
mit einpolymerisierten Styrol. Imweiteren katr ebenso Zweikomponenten Acrylatharzlacke
bestehend aus hydroxylgruppenhaltigem Asrylatharz und alifatischen oder aromatischen
Isocyanaten infrage, wie auch ther::oplattische Polyacrylatharzlacke. Zu nennen
sind auch Zweikomponenten-Polyurethanharz lacke bestehend aus hydroxylgruppenhaltigen
Polyesterharzen und/oder Polyätherhar zen, gehärtet mit alifatischen oder aromatischen
Isocyanaten. Für Metallisé-Iacke haben vor allem Bedeutung die thermoplastischen
Polyacrylatharze oder fremdvernetzende Polyacrylatharze in Kombination mit Butanol-verätherten
Melaminharzen sowie auch hydroxygruppenhaltige Polyacrylatharze, gehärtet mit alifatischen
Isocyanaten. Ebenso kommen die an sich bekannten Pulwrlacke infrage, welche z.B.
mit einer LDsung der verbindung (I) behandelt wurden. Frendvernetzende Polyacrylatharze
sind z.B. beschrieben in H. Kittel, Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen, Berlin,
Bd. I, Teil 2, Seite 712 oder auch im US-P 3.062.763.
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Die Zugabe der Verbindung der Formel (I) zum Lack kann in irgendeienr
Stufe der Lackherstellung erfolgen, und zwar in fester oder gelöster Form. Mit Vorteil
verwendet man die Verbindung der Formel (I) in gelöster Farm in einem geeigneten
Lösungsmittel in hochkonzentrierter Fonn.
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Durch Zugabemengen von 0,02 - 5 % W Stabilisator, vornehmlich 0,2
- 2 z gemäss der Formel (I) zu den Lacken können auch die Licht- und Wetterechtheit
von organischen Pigmenten in solchen in Einbrennlackierungen deutlich ernoht, die
Neigung zur Haarrissbildung von Zweischicht-lackierungen bei der Bewitterung deutlich
verringert und die Glanzhaltung deutlich verbessert werden Dies zeigt sich auch
Uberraschenderweise insbesondere bei Metalliselackierungen, sowie eine hervorragende
Langzeitstabilisierung des Klarlackfilmes vcn Zweischicht-Metallisé-Lackierungen
hinsichtlich Haarrissbildung und Glaznhaltung.
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Die Stabilisierung von Zweischicht-Metallisé-Lackierungen, wie üblicherweise
in der Automobilindustrie verwendet, kann entweder durch Zugabe in den Grundlack
und/oder durch Zugabe zum Klarlack erfolgen. Eine Zugabe zum Klarlack alleine zeigt
bereits eine erhebliche Verbesserung der Bewirtterungstabilität.
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Erfindungsgemässe Metallisé-Lackierungen können in vielen Farbtönnen
und auch in hellen Pastelltönnen angefertigt werden.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
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Beispiel 1 Herstellung der Verbindung (II).
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Zu einer Suspension von 40 Teilen 4-Hydroxy-4-cyano-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
in 400 Teilen Aether werden bei 0-10°C 16,6 Teile Lithiumaluminiumhydrid portionenweise
zugegeben. Dann wird 90 Minuten auf Rückfluss erwärmt. Anschliessend wird das Reaktionsgemisch
wieder abgekühlt
und bei 0 -15°C 100 Teile Wasser zugetropft. Der
ausgefallene Feststoff wird abgenutscht, das Filtrat wird über Natriumsulfat getrocknet,
filtriert und das Lösungsmittel abdestilliert. Der Rückstand wird über Kieselgel
mit Aethanol/konzentrierter Ammoniak-Lösung im Verhältnis 5:1 chromatographiert.
Man erhält so 4-Hydroxy-4-aminomethyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidin mit einem Schrrelzpunkt
von 87-89CC.
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Beispiel 2 Zu einem Zweiphasengemisch vcn 1 Teil 4-Hydroxy-4-aminomethyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidin,
50 Teilen Diätnyläther und 5,4 Teilen l-n Natriumhydroxydlösung wurde 1,8 Teile
Stearinsäurechlorid zugetropft. Das Reaktionsgemisch wurde in Intervallen geschüttelt
bis in der Aetherphase keine Trübung mehr auftrat. Die organisch Phase wurde abgetrennt,
mit Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel abdestilliert Das
rohprodukt wurde aus Essigsäureäthylester umkristallisiert und die weissen Kristalle
im Vakuumtrockenschrank getrocknet. Man erhielt die Verbindung der Formel
Smp. 45-47°C Analog zu den obigen Beispielen stellt man die folgenden Verbindungen
der Tabelle 1 her: Tabelle 1
Beispiel 3 0,5 pph der Verbindung des Beispiels 2 werden in einem
Mischkneter bei 180°C in ein nicht UV-stabilisiertes Polypropylen eingearbeitet.
Aus der Knetmasse wird eine 3 rtrn dicke Platte gepresst. Ebenso wird eine 0,3 mm
dicke Folie hergestellt. Die Folie wird im Atlas-Weatherometer WRC 600 (Xenon-Lampe)
belichtet und die Schädigung durch das UV-Leicht am Zuwachs der Carbonylbande bei
5,8 µ im Kompensationsverfahren ermittelt. Man erhält sehr gute Resultate im Vergleich
zur Probe ohne W-Stabilisator.
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Nach der Deutschen DIN-Norm 53453 wird an Stanzlingen der 3 murPlatte
nach Belichten im Atlas-Weatherometer WRC 600 die Veränderung der Schlagzähigkeit
gemessen. Im Vergleich zur Probe ohne UV-Stabilisator erhält man ebenfalls sehr
gute Resultate.
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Beispiel 4 Verwendung im Autodecklack.
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Lackaufbau Aufbau des Zweischicht-Metallisé-Lackes aus einem Grundlack
(base coat) und einem Klarlack (top coat) gemäss der folgenden Zusammensetzung.
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I. Grundlack, Base coat Bestehend aus (GT = Gewichtsteile): 12,60
GT handelsübliches Polyacrylatharz, fremdvernetzend (Viacryl SC 344, Vianova, Wien)
(Lieferform 50 %-ig in Xylol/ Butanol 4:1) gemäss Definition DIN 53'186 2,19 GT
handelsübliches butanolveräthertes Melaminharz, mittelreaktiv, Lieferform 72 %-ig
in Isobutanol (Maprenal MF 800, Casella) hergestellt durch Polykondensation aus
1 Mol Melamin mit 3 - 6 Mol Formaklehyd, veräthert mit 3 - 6 Mol Butanol gemäss
Definition DIN 53'187
0,96 GT Butanol 0,26 GT Kolloidale Kieselsäure
7,05 GT Xylol 52,00 GT Celluloseacetobutyrat-Lösung, 20 %-ig (Zusammensetzung siehe
unten) 6,80 GT Aluminiumpaste, nicht aufschwimmend (non leafing), Handelsform 65
%-ig in Alkylglykolacetat gemäss Definition DIN 55'923 18,14 GT Butylacetat Celluloseacetobutyrat-Lösung
20,00 GT Celluloseacetobutyrat Acetylgehalt ca. 13,6 % Butyrylgehalt 38,7 % Hydroxylgehalt
1,25 % Viskosität in Poise (d Pa.s), 20 %-ig in A Aceton: 2,0 10,00 GT Butanol 35,50
GT Xylol 35,00 GT Butylacetat 100,00 Gr II. Klarlack (top ooat) bestehend aus 80,00
GT Polyacrylatharz (analog Grundlack) 13,75 GT Melaminharz (analog Grundlack) 4,50
GT Glykolsäurebutylester 7,50 GT Lösungsmittel, Aromatengemisch Siedebereich ca.
186 - 2120C 6,00 Gr Lösemittel, Aromatengemisch Siedebereich ca. 155 - 1780C
Ausführung:
Lackaufbau Grundlack I eingefärbt zusätzlich mit 0,3 GT Kupferphthalocyaninblau
C.I. Pigment Blue 15:1, appliziert durch Spritzen, Schic3htstärke ca. 20 u (ohne
UV-Stabilisator).
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Ueberlackiert (Spritzapplikation, nach dem Trocknen des Grundlacks)
a) mit Klarlack gemäss II b) mit Klarlack gemäss II enthaltend zusätzlich 1 GT der
Verbindung aus Beispiel 2 a) und b) eingebrannt 30 Minuten 1400c.
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Bewittert 1 Jahr Florida, 5° Neigung gegen Süden.
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Bleche gemäss Beispiel b) erreichen eine bedeutend bessere Bewertung
als diejenigen gemäss Beispiel a).