DE3334631A1

DE3334631A1 - Benzinloesliche, hydrierte alkylarylketon/formaldehyd-harze sowie deren herstellung

Info

Publication number: DE3334631A1
Application number: DE19833334631
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Dörffel; Friedrich Dr. Heinrich; Werner Dr. 4370 Marl Otte
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1983-09-24
Publication date: 1984-05-17
Also published as: DE3370343D1; EP0111686B1; ES8406081A1; US4542194A; EP0111686A1; JPS59113013A; ES527147A0; JPH0625241B2

Description

CHEMISCHE WERKE HÜLS AG - f - O. Z. 39-42

- RSP PATENTE -

Benzinlösliche, hydrierte Alkylarylketon/Formaldehyd-Harze sowie deren Herstellung

Gegenstand der Erfindung sind benzinlösliche, hydrierte Alkylarylketon/Formaldehyd-Harze sowie deren Herstellung.

Alkylarylketon/Pormaldehyd-Harze sind bereits seit sehr langer Zeit in der Technik bekannt. Die ihnen anhaftenden Nachteile können durch eine hydrierende Behandlung zum Teil ausgeglichen werden.

Ein derartiges Verfahren wird in DE-PS 870 022 beschrieben, Dieser Stand der Technik lehrt, daß die Ausgangsharze je nach Wahl der Reaktionsbedingungen unterschiedlich weit hydriert werden können. In Abhängigkeit vom Hydrierungsgrad - festgelegt durch den noch vorhandenen Sauerstoffgehalt der nach der Reaktion erhaltenen Produkte - zeigen die Harze deutliche Unterschiede in ihren Eigenschaften.

Mit sinkendem Sauerstoffgehalt ergibt sich ein abfallender Erweichungspunkt - bis hin zu einem Erweichungspunkt von ca. 50 C bei einem Sauerstoffgehalt von etwa h Massen-^ (Ausgangsharz: Acetophenon/Formaldehyd-Harz Erweichungspunkt: 68 C, Sauerstoffgehalt: ca. I3 Massenet) . Vorteil der hydrierten sauerstoffarmen Harze ist ihre hervorragende Löslichkeit in Benzin, das in der Lackindustrie sehr häufig als Lösemittel eingesetzt wird. Die Ausgangsharze und auch deren sauerstoffreichere Hydrierungsprodukte dagegen sind in aliphatischen Kohlenwasserstoffen praktisch unlöslich.

Deutlicher Nachteil der zwar in Benzin sehr gut löslichen Harze ist ihr niedriger Erweichungspunkt, so daß diese Harze wiederum für die Praxis wenig brauchbar sind.

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Aufgabe war es, ein Harz zu finden, dessen gute Löslichkeit in Benzin erhalten bleibt, das aber einen der Praxis gerecht werdenden hohen Erweichungspunkt aufweist .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch benzinlösliche, hydrierte Alkylarylketon/Formaldehyd-Harze, deren Alkylarylketon-Komponente einen Alkylrest mit 1 bis 4, vorzugsweise 1 bis 2 C-Atomen in der Kohlenstoffkette und einen Arylrest mit 6 bis 10, vorzugsweise 6 C-Atomen im Kohlenstoffgerüst besitzt, mit einem Sauerstoffgehalt von >6, vorzugsweise 7 bis 9,5 Massen-^ und mit einem Erweichungspunkt von), 70 °C, vorzugsweise 7 5 bis 135 °C, und insbesondere einem Erweichungspunkt von 85 bis 125 C, erfüllt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung der oben näher gekennzeichneten hydrierten Harze, indem ein Alkylarylketon/Formaldehyd-Harz bei einem Wasserstoffdruck von / 200 bar, vorzugsweise 250 bis 350 bar, und bei Temperaturen im Bereich von 1kO bis 300 C, in Gegenwart von Nickel, Palladium, Palladium/Kupfer oder Palladium/Nickel als Katalysator hydriert wird.

Die Reaktionstemperatur beträgt bei Einsatz von Nickelkatalysatoren 1^0 °C bis 200 °C, vorzugsweise I50 °C bis 18O C. Werden Katalysatoren auf Basis Palladium eingesetzt, liegt die Reaktionstemperatur im Bereich von 180 °C bis 300 °C, vorzugsweise bei 200 bis 250 °C.

Im Falle von Nickelkatalysatoren werden erfindungsgemäß solche eingesetzt, die mindestens 30 Massen-^, vorzugsweise mindestens 50 Massen-^ und insbesondere mindestens 65 Massen-/» Nickel (gerechnet als Metall) enthalten. Daneben können noch weitere Metalle in Form ihrer Oxide, wie z. B. Cu, Cr, Fe, Mg, Ca usw., in den Katalysatoren vorhanden sein. Letztere sind in Mengen bis zu 3 Mas-

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$, vorzugsweise bis zu 1 Massen-^ (gerechnet als Metall) in dem Katalysator enthalten. Es können Trägermaterialien, wie z. B. Al₂O, Si0₂etc, einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden.

Bei Verwendung von Palladium als Katalysator enthält dieser 0,1 bis 10 Massen-^ Palladium (gerechnet als Metall). Als Trägermaterial kommen in erster Linie Alumiumoxid, Aktivkohle, Kieselgur oder Aluminiumsilikate infrage. Bevorzugt werden solche Katalysatoren eingesetzt, die Palladium in einer Konzentration von 0,1 bis 1 Massen-^ auf der Oberfläche eines Aluminiumoxids - vorzugsweise in der ]f- oder ^-Modifikation - enthalten. Die spezifische Oberfläche des Katalysators soll vorzugs-

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weise 50 bis 500 m~/g, insbesondere 150 bis 250 m /g, betragen. Insbesondere für eine diskontinuierliche Arbeitsweise eignet sich neben Aluminiumoxid Aktivkohle als Trägermaterial. In diesem Fall enthält der Katalysator 1 bis 10 Massen-/« Palladium.

Eine weitere erfindungsgemäße Arbeitsweise geht von Palladiumkatalysatoren in Verbindung mit den bereits beschriebenen Nickelkatalysatoren bzw. Kupferkatalysatoren als zusätzlichen Cokatalysatoren aus, wobei letztere mit Chrom oder Chrom/Nickel aktiviert sein können.

Hierdurch können bei diskontinuierlicher Arbeitsweise in kürzeren Zeiten oder bei kontinuierlicher Hydrierung im Festbett-Reaktor bei"höheren Belastungen erfindungsgemäße Produkte erhalten werden. Bei der kontinuierlichen Arbeitsweise empfiehlt es sich, die Katalysatoren zu schichten bzw. zwei unterschiedlich beschickte Hydrier-Reaktoren nacheinander zu schalten, wobei die Hydrierung vorteilhafterweise zuerst am Palladium-Katalysator und dann an dem zweiten Katalysator, vorzugsweise einem aktivierten Kupfer-Katalysator, erfolgt. Das Volumenverhältnis von Palladium-Katalysator/Nickel- bzw. Kupfer-Katalysator liegt bei 1 : 0,05 bis 0,3·

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Als Ausgangsprodukte eignen sich beispielsweise Kondensationsprodukte aus Acetophenon, Methylnaphthylketon, Acetylethylbenzol sowie Alkylphenylketone mit einem längeren Alkylrest, z. B. Propiophenon, Butyrophenon, Acetyltetrahydronaphthalin bzw. Mischungen davon, einerseits, und Formaldehyd oder formaldehydabspaltenden Verbindungen, z. B. Paraformaldehyd, andererseits.

Derartige Harze werden, wie beispielsweise in der DE-PS 892 975 beschrieben, vorzugsweise durch Kondensation der Alkylarylketone mit etwa äquivalenten Mengen Formaldehyd in Gegenwart größerer Mengen Alkali hergestellt. Darüber hinaus können natürlich auch Harze eingesetzt werden, die durch Einsatz geringerer Formaldehydmengen erhalten werden, Solche Produkte sind beispielsweise in der DE-PS 897 484 erwähnt. Insbesondere bevorzugt sind die in DE-PS 892 und DE-OS 33 24 287 beschriebenen Acetophenonharze.

Als Ausgangsprodukte können grundsätzlich auch die in DE-PS 870 022 beschriebenen teilhydrierten, ethanollöslichen, im Sauerstoffgehalt praktisch unveränderten Harze eingesetzt werden.

Die Hydrierung wird vorzugsweise in Gegenwart von Lösemitteln, wie z. B. Butanol, i-Butanol, Tetrahydrofuran, Dioxan oder anderen Ethern wie Alkylethern von Ethylenglykol oder Diethylenglykol durchgeführt. Die Auswahl dieser Lösemittel sollte vorteilhafterweise so getroffen werden, daß sowohl das Ausgangs- wie Endprodukt in ihnen löslich ist. Grundsätzlich kann auch lösemittelfrei in der Schmelze gearbeitet werden. Wegen der leichteren Handhabung und einer einheitlicheren Produktqualität ist die kontinuierliche Hydrierung in Gegenwart von Lösemitteln vorzuziehen.

Für die erfindungsgemäßen Harze sind die Hydrierbedingungen wesentlich. Wird der Wasserstoffdruck zu gering gewählt, werden Harze mit zu niedrigen Erweichungspunkten

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erhalten. Analog liegen die Verhältnisse bei der Reaktionstemperatur. Bei zu hoher Temperatur fällt insbesondere bei Verwendung von Nickel-Katalysatoren der Erweichungspunkt unerwünscht stark ab. Bei zu niedrig gewählter Temperatur werden die erfindungsgemäßen Harze erst in einer wirtschaftlich nicht vertretbaren Zeit erhalten.

Der Stand der Technik lehrt, daß mit fortschreitender Hydrierung, d. h. mit sinkendem Sauerstoffgehalt, der Ausgangsharze ihre Benzinlöslichkeit bis zu dem gewünschten Maße ansteigt, daß aber gleichzeitig der Erweichungspunkt dann soweit absinkt, daß die erhaltenen hydrierten Harze in vielen Fällen für die Praxis untauglich sind. Durch die Erfindung wird es nun möglich, die Ausgangsharze durch Hydrierung soweit zu modifizieren, daß sie ebenfalls die hohe Löslichkeit in Benzin aufweisen, ohne daß jedoch der Erweichungspunkt wesentlich absinkt. Die erfindungsgemäßen Harze weisen Erweichungspunkte auf, die sich in der Größenordnung der Ausgangsharze bewegen oder sogar darüber liegen.

Die erfindungsgemäßen Harze sind farblos, licht-, wärme- und witterungsbeständig. Aufgrund ihrer guten Verträglichkeit können sie zur Verbesserung der Härte, des Glanzes und der Haftfestigkeit lufttrocknenden Maler- und Autoreparaturlacken zugesetzt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, sie auch Überzugsmitteln auf Basis gesättigter Polyester zur Verbesserung des Glanzes und der Haftfestigkeit zuzusetzen.

Die in den Beispielen angegebenen Erweichungspunkte wurden nach der Schmelzpunkt-Kapillarmethode (Aufheizgeschwindigkeit: 2 C/minJ bestimmt. Als Erweichungspunkt gilt die Temperatur, bei der eine pulverisierte Probe zusammensintert und transparent wird. -

Mit Buchstaben gekennzeichnete Beispiele sind nicht erfindungsgemäß.

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Beispiele Beispiel 1

In einem Autoklaven wurden I65 g eines Acetophenon/ Formaldehyd-Harzes - hergestellt gemäß Beispiel 2 der DE-PS 892 975 (Erweichungspunkt: 68 C, Sauerstoffgehalt: 12,8 Massen-⁰/) - in Gegenwart von 385 S Isobutanol und 16,5 g eines handelsüblichen (Harshaw Ni 5124) Nickelkontaktes (80,5 Massen-⁰/ NiO, 9,1 Massen-⁰/ SiO₂, 0,6 Massen-^CaO, 0,7 Massen-⁰/ MgO, 0,5 Massen-^ CrO,, 0,3 Massen-"/ ^Fe2°3 ^{und 7}'5 Massen-^ Al₃O , Glühverlust Ό,8 Massen-^) bei einem Wasserstoffdruck von 3OO bar und einer Temperatur von 150 C 2 Stunden hydriert, wobei 102 1 Wasserstoff (bezogen auf 0 C und 1 bar) aufgenommen wurden, Nach Entfernen des Lösemittels im Vakuum bei 175 C wurde ein wasserhelles, sprödes Harz mit einem Erweichungspunkt von 86 C (Sauerstoffgehalt: 7»6 Massen-⁰/) erhalten. Das Harz löste sich einwandfrei in η-Hexan, Testbenzin (Siedebereich i45 bis 200 °C; 17 Vol-°/o aromat. Anteile) und in Normalbenzin (Siedebereich: 60 bis 95 Cj 0,8 VoI-^ aromat. Anteile). In Ethanol war das Harz unlöslich.

Beispiel 2;> ,

550 g einer 30 ^igen Lösung eines handelsüblichen ethanollöslichen hydrierten Acetophenon-Harzes (Erweichungspunkt: 113 °C, Sauerstoffgehalt: 12,2 Massen-⁰/) (Kunstharz SK) in i-Butanol wurde bei einem Wasserstoffdruck von 3OO bar und einer Temperatur von 175 C in Gegenwart von 16,5 S 'Raney-Nickel 8 Stunden in einem Stahlautoklaven hydriert, wobei insgesamt 96 1 Wasserstoff (bezogen auf 0 C und 1 bar) aufgenommen wurden. Nach vollständiger Entfernung des i-Butanols wurde ein wasserklares Harz mit einem Erweichungspunkt von 81 C und einem Sauerstoffgehalt von 6,6 Massen-°/o erhalten. Das Produkt war sowohl in Ethanol als auch in η-Hexan, Testbenzin und Normalbenzin löslich.

AO

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Beispiel 3

In einer 2,3 J- Festbett - Hydrierapparatur, gefüllt mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Ni-Katalysator wurde eine Acetophenon/Formaldehyd-Harzlösung (entsprechend Beispiel 1) kontinuierlich über einen Zeitraum von 2 Monaten bei einer Temperatur von 180 C, einem H„-Druck von 300 bar und einer Belastung von 0,4 bis 0,5 1 Harzlösung/l Kontakt*h hydriert. Der Versuch wurde nach den 2 Monaten willkürlich abgebrochen, ohne daß ein merkliches Nachlassen der Katalysatoraktivität festgestellt werden konnte. Die erhaltenen Produkte wiesen einen Sauerstoffgehalt von 7>3 Massen-^ und einen Erweichungspunkt von 88 C auf. Sie waren einwandfrei in Ethanol, η-Hexan, Testbenzin und Normalbenzin löslich.

Beispiel A

Entsprechend Beispiel 2 der DE-PS 870 022 wurde eine 50 °/oige Lösung eines hydrierten Acetophenon/Formaldehyd-Harzes (Erweichungspunkt: 68 C, Sauerstoffgehalt: 12,8 Massen-'/) in Butanol in Gegenwart von 10 °/o Raney-Nickel (bezogen auf das Harz) bei einem Wassers toff druck von 120 bar und einer Temperatur von 180 C in einem Stahlautoklaven hydriert. Der Versuch wurde bei einer Wasserstoffaufnahme von 50 I/IOO g Acetophenonharz (bezogen auf 0 C und 1 bar) abgebrochen. Das erhaltene Produkt, das einwandfrei in n-Hexan, Testbenzin und Normalbenzin löslich war, hatte einen Sauerstoffgehalt von nur 4,2 Massen-'/ und einen Erweichungspunkt von 48 C.

Beispiel 4

In einem Autoklaven wurden I65 g des im Beispiel 1 eingesetzten Acetophenon/Formaldehyd-Harzes in Gegenwart von 385 S Isobutanol und 50 g eines handelsüblichen Pd-Kontaktes (0,5 °/o Pd auf AIpO ) bei einem Wassers toff druck von 3OO bar und einer Temperatur von 200 C 4 Stunden

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Ai

hydriert, wobei 124 1 Wasserstoff (bezogen auf 0 C und 1 bar) aufgenommen wurden. Nach Entfernung des Lösemittels (im Vakuum bei 175 C) erhielt man ein wasserhelles, sprödes Harz mit einem Erweichungspunkt von 93 C (Sauerstoffgehalt: 8,8 Massen-^), das sich einwandfrei in η-Hexan, Testbenzin, Normalbenzin und Ethanol löste.

Beispiel 5

In einer 400 ml Festbett-Hydrierapparatur, gefüllt mit einer Katalysatorschichtung aus 350 ml des in Beispiel 4 eingesetzten Pd-Kontaktes und 50 ml eines ebenfalls handelsüblichen Cu/Cr-Kontaktes (33 % CuO, 37 $ ^Cr2°3' ⁸ bis 10 °/o CaO, 8,5 bis 10 °/o SiO ) wurde eine 30 Massen-^ige Lösung des in Beispiel 1 beschriebenen Acetophenon/Formaldehyd-Harzes in Tetrahydrofuran kontinuierlich bei einer Temperatur von 220 C und einem Wasserstoffdruck von 300 bar bei einer Belastung von 0,4 1 Harzlösung/l Kontakt'h hydriert. Dabei lief die Harzlösung zuerst über den Pd-, dann über den Cu/Cr-Kontakt. Der Versuch wurde willkürlich nach 14 d abgebrochen, ohne daß man ein merkliches Nachlassen der Katalysatoraktivität feststellte. Das erhaltene Produkt hatte einen Sauerstoffgehalt von 8,6 Massen-^ und einen Erweichungspunkt von 95 C. Das Harz war einwandfrei in Ethanol, η-Hexan, Testbenzin und Normalbenzin löslich.

Beispiel 6

In einem Autoklaven wurden I65 g eines gemäß Versuch 3 der DE-OS 33 24 287 in Gegenwart von Triethylbenzylammoniumchlorid hergestellten Acetophenonharzes (Erweichungspunkt: 99 C, Sauerstoffgehalt: 12,55 Massen-^) in 385 g Isobutanol gelöst und wie im Beispiel 4 beschrieben hydriert. Man erhielt ein Harz mit einem Erweichungspunkt von 117 C (Sauerstoffgehalt: 7>6 Massen-^), das sich einwandfrei in η-Hexan, Testbenzin, Normalbenzin \ und Ethanol löste.

Claims

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Patentansprüche:

f 1./Benzinlösliches, hydriertes Alkylarylketon/Formaldehyd-Harz, dessen Alkylarylketon-Komponente einen Alkylrest mit 1 bis h C-Atomen in der Kohlenstoffkette und einen Arylrest mit 6 bis 10 C-Atomen im Kohlenstoffgerüst besitzt, mit einem Sauerstoffgehalt ^ 6 Massen-^ und einem Erweichungspunkt ^ 70 C.

2. Benzinlösliches, hydriertes Alkylarylketon/Formaldehyd-Harz gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß es einen Sauerstoffgehalt im Bereich 7 bis 9,5

Massen-^ aufweist.
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3. Benzinlösliches, hydriertes Alkylarylketon/Formaldehyd-Harz gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß es einen Erweichungspunkt im Bereich von 75 bis 135 °C aufweist.

k. Benzinlösliches, hydriertes Alkylarylketon/Formaldehyd-Harz gemäß den Ansprüchen 1 und '}, dadurch gekennzeichnet,

dai3 es einen Erweichungspunkt im Bereich von 85 bis 125 °C aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung, eines benzinlöslichen, hydrierten Alkylarylketon/Formaldt?hyd-Harzes gemäß den Ansprüchen 1 bis k,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Alkylarylketoii/Formaldehyd-Harz bei einem Wasserstoffdruck ^ 200 bar und bei Temperaturen im Bereich von 14θ C bis 300 C in Gegenwart von Nickel, Palladium, Palladium/Kupfer oder Palladium/Nickel als Katalysator hydriert wird.

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6. Verfahren zur Herstellung eines benzinlösliehen, hydrierten Alkylarylketon/Formaldehyd-Harzes gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 »

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Alkylarylketon/Formaldehyd-Harz bei einem Wasserstoffdruck ^ 200 bar und bei Temperaturen im Bereich von 1kO C bis 200 C in Gegenwart eines Nickelkatalysators, der mindestens 30 Massen-⁰/» Nickel (gerechnet als Metall) enthält, hydriert wird. 10

7. Verfahren zur Herstellung eines benzinlöslichen, hydrierten Alkylarylketon/Formaldehyd-Harzes gemäß den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Alkylarylketon/Formaldehyd-Harz bei einem Wasserstoffdruck )> 200 bar und bei Temperaturen im Bereich von 18O C bis 300 C in Gegenwart eines Palladium-, Palladium/Kupfer- oder Palladium/Nickel- Katalysators, der 0,1 bis 10 Massen-/» Palladium enthält, hydriert wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines benzinlöslichen, hydrierten Alkylarylketon/Formaldehyd-Harzes gemäß den Ansprüchen 5 und 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Hydrierung bei Temperaturen im Bereich von 150 bis 180 °C durchgeführt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines benzinlöslichen, hydrierten Alkylarylketon/Formaldehyd-Harzes gemäß den Ansprüchen 5 und 7,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Hydrierung bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 25O °C durchgeführt wird.

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10. Verfahren zur Herstellung eines benzinlöslichen, hydrierten Alkylarylketon/Formaldehyd-Harzes gemäß den Ansprüchen 5 bis 9 >
dadurch gekennzeichnet,

daß die Hydrierung bei einem Wasserstoffdruck Bereich von 250 bis 350 bar durchgeführt wird,