DE3800295C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Urethan- und Harnstoffderivate von
sterisch gehinderten Phenolen und deren Verwendung als Stabilisatoren
für organische Materialien.
Organische Materialien unterliegen Oxidation durch Luftsauerstoff.
Die Alterung führt zu Sauerstoffunktionalisierungen, Abbaureaktionen
und Vernetzungen, sie verschlechtert die Eigenschaften der Materialien
und verringert die Lebensdauer der Produkte.
Die antioxidative Wirksamkeit von phenolischen Verbindungen, die in
Nachbarschaft zur Hydroxygruppe Alkylsubstituenten tragen, ist seit
langem bekannt. Schon geringe Mengen dieser Substanzen reichen aus, um
die Stabilität von organischen Materialien gegenüber Sauerstoff beträchtlich
zu erhöhen. Die Wirkungsweise dieser Stabilisatoren ist in
der einschlägigen Literatur beschrieben, beispielsweise von K. Schwarzenbach
in Gächter/Müller, Kunststoff-Additive, Carl Hanser Verlag,
München/Wien, 1983.
Es sind auch bereits sterisch gehinderte phenolische Verbindungen mit
Urethan- und/oder Harnstoffbindungen oder ähnlichen Gruppierungen be
kannt.
So betrifft z. B. die DE-PS 15 68 622 Semicarbazide mit einer sterisch
gehinderten phenolischen Gruppe und die DE-OS 25 12 895 u. a. Urethan
verbindungen von Mono- und Diisocyanaten. Als Ausgangskomponenten zur
Herstellung werden Mono- und Diisocyanate eingesetzt.
Gemäß SU-PS 10 98 933 werden Bisurethane aus Diisocyanaten und sterisch
gehinderten Phenolen hergestellt.
Die DE-OS 26 18 685 bezieht sich auf gemischte Urethan-Harnstoff-Derivate,
die aus Diisocyanaten, Alkoholen und Aminen hergestellt werden.
Die vorstehend beschriebenen Verbindungen werden zur Stabilisierung
von organischen Materialien eingesetzt. Sie haben jedoch den Nachteil,
daß ihre stabilisierende Wirkung nur über kurze Zeit anhält.
Es war Aufgabe der Erfindung, nach Verbindungen zu suchen, welche die
bekannten Verbindungen in ihrer Wirksamkeit übertreffen, die genannten
Nachteile nicht zeigen und eine große Anwendungsbreite aufweisen.
Gegenstand der Erfindung sind daher phenolische Urethan- und Harn
stoffderivate der allgemeinen Formel I
worin
R = geradkettiges oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl oder C₃-C₈-Cycloalkyl
n = eine Zahl von 2-12 und
A = ein O-Atom oder NH
bedeuten.
R = geradkettiges oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl oder C₃-C₈-Cycloalkyl
n = eine Zahl von 2-12 und
A = ein O-Atom oder NH
bedeuten.
Einzelne Reste R sind z. B.
CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇, i-C₄H₉, t-C₄H₉, t-Amyl, C₆H₁₁, t-C₆H₁₃, i-C₈H₁₇.
Bevorzugt sind Alkylreste, die in alpha-Stellung verzweigt sind, ins
besondere t-C₄H₉.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können auf an sich bekannte Weise
hergestellt werden, indem man einen Alkohol oder ein Amin der allgemeinen Formel 2
worin A, R und n die oben angegebene Definition besitzen, mit Isopho
rondiisocyanat umsetzt.
Die Reaktion kann sowohl in der Schmelze als auch in organischen Lösungs
mitteln erfolgen, die keine mit Isocyanaten reagierenden Reste
enthalten.
Als Katalysatoren kommen metallorganische Verbindungen oder Carbon
säuresalze des Sn, Pb, Zn oder Mn in Frage. Beispiele für derartige
Katalysatoren sind Di-n-butylzinndilaurat, Blei-(II)-octoat, Zinn-
(II)-octoat und Zinkoctoat. Außerdem können tertiäre Amine, wie beispiels
weise 1.4-Diazabicyclo[2.2.2]-octan (DABCO), allein oder in
Mischung mit den zuvor genannten Verbindungen verwendet werden.
Der Temperaturbereich für die Umsetzung liegt bei 20 bis 200°C, in
Lösung vorzugsweise bei 50 bis 100°C.
Die Ausgangsprodukte sind bekannt, teilweise im Handel erhältlich oder
können in Analogie zu bekannten Verfahren hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen eignen sich zum Stabilisieren von
organischem Material, insbesondere von Kunststoffen und natürlichen
und synthetischen Ölen.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung der
beanspruchten Verbindungen zum Stabilisieren von organischem Mate
rial.
Als organische Polymere, die durch die erfindungsgemäßen Verbindungen
stabilisiert werden können, kommen z. B. in Betracht:
Polymere von Mono- und Diolefinen, wie Polyethylen niedriger oder hoher Dichte, lineares Polyethylen niedriger Dichte, Polypropylen, Polyisobutylen, Polybuten-1, Polymethylpenten-1, Polyisopren, Polybutadien sowie Copolymerisate von Mono- und Diolefinen oder Mischungen der genannten Polymeren;
Copolymerisate von Mono- oder Diolefinen mit anderen Vinylmonomeren, wie z. B. Ethylen-Alkylacrylat-Copolymere, Ethylen-Alkylmethacrylat- Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere oder Ethylen-Acrylsäure- Copolymere; Polystyrol; Copolymere von Styrol oder alpha-Methylstyrol mit Dienen oder Acrylderivaten, wie Copolymere aus Styrol-Butadien, Styrol-Acrylnitril, Styrol-Ethylmethacrylat, Styrol-Butadien-Ethylacrylat und Styrol-Acrylnitril-Methylacrylat;
Halogenhaltige Polymere, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid sowie Copolymere mit den entsprechenden Monomeren; Polymere die sich von alpha-beta-ungesättigten Säuren und deren Derivaten ableiten, wie Polyacrylate und Polymethacrylate, Polyacrylamide und Polyacrylnitrile;
Polymere, die sich von ungesättigten Alkoholen und Aminen bzw. deren Acylderivaten oder Acetalen ableiten, wie Polyvinylalkohol oder Poly vinylacetat;
Polyurethane, Polyamide, Polyharnstoffe, Polyester, Polycarbonate und Polyethersulfone.
Polymere von Mono- und Diolefinen, wie Polyethylen niedriger oder hoher Dichte, lineares Polyethylen niedriger Dichte, Polypropylen, Polyisobutylen, Polybuten-1, Polymethylpenten-1, Polyisopren, Polybutadien sowie Copolymerisate von Mono- und Diolefinen oder Mischungen der genannten Polymeren;
Copolymerisate von Mono- oder Diolefinen mit anderen Vinylmonomeren, wie z. B. Ethylen-Alkylacrylat-Copolymere, Ethylen-Alkylmethacrylat- Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere oder Ethylen-Acrylsäure- Copolymere; Polystyrol; Copolymere von Styrol oder alpha-Methylstyrol mit Dienen oder Acrylderivaten, wie Copolymere aus Styrol-Butadien, Styrol-Acrylnitril, Styrol-Ethylmethacrylat, Styrol-Butadien-Ethylacrylat und Styrol-Acrylnitril-Methylacrylat;
Halogenhaltige Polymere, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid sowie Copolymere mit den entsprechenden Monomeren; Polymere die sich von alpha-beta-ungesättigten Säuren und deren Derivaten ableiten, wie Polyacrylate und Polymethacrylate, Polyacrylamide und Polyacrylnitrile;
Polymere, die sich von ungesättigten Alkoholen und Aminen bzw. deren Acylderivaten oder Acetalen ableiten, wie Polyvinylalkohol oder Poly vinylacetat;
Polyurethane, Polyamide, Polyharnstoffe, Polyester, Polycarbonate und Polyethersulfone.
Ebenfalls von Interesse ist die Stabilisierung von natürlichen und
synthetischen Ölen, beispielsweise Mineralölen, Fetten, Ölen und
Wachsen.
Die Verbindungen der Formel 1 werden den Substraten in einer Konzentration
von 0,005 bis 5 Gew.-%, berechnet auf das zu stabilisierende
Material, einverleibt.
Vorzugsweise werden 0,01 bis 1,0, besonders bevorzugt 0,02 bis
0,5 Gew.-% der Verbindungen, berechnet auf das zu stabilisierende Ma
terial, eingearbeitet. Die Einarbeitung kann beispielsweise durch Einmischen
mindestens einer der Verbindungen der Formel 1 und ggf. weiterer
Additive nach den in der Technik üblichen Methoden, vor oder
während der Formgebung, oder auch durch Aufbringen der gelösten oder
dispergierten Verbindungen auf das Polymere, ggf. unter nachträglichem
Verdunsten des Lösungsmittels, erfolgen.
Falls es sich bei dem zu stabilisierenden Stoff um einen Kunststoff
handelt, kann die betreffende Zusammensetzung noch weitere Additive
enthalten, beispielsweise Costabilisatoren, Lichtstabilisierungsmittel,
weitere Antioxidantien, Metalldesaktivatoren, antistatische Mittel,
flammhemmende Mittel, Schmiermittel, Weichmacher, Vernetzungsmittel,
Farbstoffe, Pigmente und Füllstoffe.
Als Costabilisatoren seien erwähnt:
Schwefel enthaltende Antioxidantien, wie zum Beispiel Dilaurylthio dipropionat, Dimyristylthiodipropionat, Distearylthiodipropionat, Pentaerythrittetrakis-(beta-laurylthio-propionat), Pentaerythrit tetrakis-(beta-hexylthiopropionat) etc.;
Phosphor enthaltende Verbindungen wie zum Beispiel Tris-(nonyl phenyl)-phosphit. Distearylpentaerythritdiphosphit, Tris-(2,4-di- tert.-butyl-phenyl)-phosphit, Tris-(2-tert.-butyl-4-methylphenyl)- phosphit, Bis-(2,4-di-tert.-butylphenyl)-pentaerythritdiphosphit, Tetrakis-(2,4-di-tert.-butylphenyl)-4,4′-bi-phenylendiphosphit etc.
Schwefel enthaltende Antioxidantien, wie zum Beispiel Dilaurylthio dipropionat, Dimyristylthiodipropionat, Distearylthiodipropionat, Pentaerythrittetrakis-(beta-laurylthio-propionat), Pentaerythrit tetrakis-(beta-hexylthiopropionat) etc.;
Phosphor enthaltende Verbindungen wie zum Beispiel Tris-(nonyl phenyl)-phosphit. Distearylpentaerythritdiphosphit, Tris-(2,4-di- tert.-butyl-phenyl)-phosphit, Tris-(2-tert.-butyl-4-methylphenyl)- phosphit, Bis-(2,4-di-tert.-butylphenyl)-pentaerythritdiphosphit, Tetrakis-(2,4-di-tert.-butylphenyl)-4,4′-bi-phenylendiphosphit etc.
Lichtstabilisatoren, die zusammen mit den erfindungsgemäßen Verbindungen
verwendet werden können, sind z. B. 2-(2′-Hydroxyphenyl)-benztriazole,
2-Hydroxybenzophenone, Arylester von Hydroxybenzoesäuren,
alpha-Cyanozimtsäurederivate, Nickelverbindungen oder Oxalsäuredianilide,
ferner Verbindungen, die eine 2,2,6,6-Tetraalkylpiperidinylgruppe
enthalten, wie z. B. Sebacinsäure-bis-2,2,6,6-tetramethyl-4-
piperidinylester, Sebacinsäure-bis-1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinylester,
Poly-(N,beta-hydroxyethyl-2,2,6,6-tetramethyl-4-hydroxy
piperidin-bernsteinsäureester) oder Poly-[6-((1,1,3,3-tetramethyl
butyl)-imino)-1,3,5-triazin-2,4-diyl], [2-(2,2,6,6-tetramethylpipe
ridinyl)-imino]-hexamethylen-[4-(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl)-
imino].
Weitere Antioxidantien, deren Zugabe ggf. vorteilhaft ist, können
ebenfalls phenolischer Natur sein. In Frage kommen hier alkylierte
Monophenole, Alkyliden-Bisphenole, Ester und Amide der 3-(3,5-Di-
tert.-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionsäure etc. Als Beispiele seien
angeführt: 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, 2,2′-Methylen-bis-
(6-tert.-butyl-4-methylphenol), Octadecyl-(3,5-di-tert.-butyl-4-
hydroxyphenyl)-propionat, Pentaerithrityl-tetrakis [3-(3,5-di-tert.-
butyl-4-hydroxyphenyl)]-propionat etc.
Falls es sich bei dem zu stabilisierenden organischen Stoff um ein Öl
handelt, kann die betreffende Zusammensetzung noch weitere Additive
enthalten, beispielsweise Antikorrosionsmittel, Mittel zur Verbesserung
der Viskosität, aschebildende und aschefreie Dispergiermittel,
Pourpoint-Erniedriger, Metalldesaktivatoren, Höchstdruck-Zusatzmittel,
Antiverschleißmittel und weitere phenolische Verbindungen mit antioxidativer
Wirkung.
Die Herstellung und Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen wird
in den folgenden Beispielen näher beschrieben.
In einer Lösung aus 33,3 g (0,15 mol) Isophorondiisocyanat, 130 g
Toluol und 0,017 g Di-n-butylzinndilaurat tropft man bei Raumtemperatur
innerhalb von 30 min 79,5 g (0,3 mol) 3-(3,5-Di-tert.-butyl-4-
hydroxyphenyl)-propanol-1 in 300 g Toluol. Das Reaktionsgemisch wird
5 h auf 60°C und 3 h auf 80°C erwärmt. Beim Abziehen des Lösungsmittels
fällt das Bisurethan in quantitativer Ausbeute als weißer Feststoff
an. Schmp.: 69-71°C.
Elementaranalyse:
ber.: C 73,56%, H 9,93%, N 3,73%
gef.: C 73,47%, H 10,00%, N 3,53%
ber.: C 73,56%, H 9,93%, N 3,73%
gef.: C 73,47%, H 10,00%, N 3,53%
Ersetzt man in diesem Beispiel die Alkoholkomponente durch eine äquivalente
Menge eines Alkohols der Tabelle I, so erhält man bei sonst
gleicher Arbeitsweise die entsprechenden Urethane mit den angegebenen
Schmelzpunkten.
In eine Lösung aus 26,7 g (0,12 mol) Isophorondiisocyanat und 105 g
Toluol tropft man innerhalb von 30 min bei Raumtemperatur 63,2 g
(0,24 mol) 3-(3,5-Di-tert.-butyl-4-hydroxyphenyl)-propylamin-1 in
400 ml Toluol. Das Reaktionsgemisch wird 3 h auf 55 bis 60°C erwärmt.
Beim Abziehen des Lösungsmittels verbleibt das Bisharnstoffderivat als
fester Rückstand und wird zweimal aus Toluol umkristallisiert.
Ausbeute: 49,8 g, Schmp.: 140°C.
0,1% Calciumstearat enthaltendes Polypropylen (z. B. VESTOLEN P®
5200-Pulver, Hüls AG) wird mit 0,1% der in der Tabelle II angegebenen
Antioxidantien in einem Schnellmischer homogenisiert, mit einem Einwellen
extruder strangextrudiert und granuliert. Aus dem Granulat werden
bei 210°C Probekörper vom Format 100×10×1 mm gepreßt und bei
145°C in einem Umluftwärmeschrank bei geschlossener Frischluftzufuhr
gelagert. Gemäß DIN 53 383 wird als Oxidationsstabilitätszeit die Zeit
bis zum Eintreten der sogenannten lokalen Versprödung ermittelt.
Einige Beispiele sind in der Tabelle II zusammengefaßt.
Stabilisator aus Beispiel | |
Oxidationsstabilitätszeit [d] | |
1 | |
31 | |
2 | 21 |
3 | 24 |
4 | 23 |
ohne Stabilisator | < 1 |
Wenn man in der oben beschriebenen Prüfung zusätzlich zu dem phenolischen
Antioxidans 0,1% Distearylthiodipropionat und 0,1% Tris-(2,4-
di-tert.-butylphenyl)-phosphit in das Polymere einarbeitet und den
Test unter identischen Bedingungen durchführt, erhält man die in der
Tabelle III angeführten Ergebnisse.
Stabilisator aus Beispiel | |
Oxidationsstabilitätszeit [d] | |
1 | |
79 | |
3 | 67 |
4 | 54 |
0,1% Calciumstearat enthaltendes Polypropylen (z. B. VESTOLEN P®
5200-Pulver, Hüls AG) wird mit 0,1% des im Beispiel 1 beschriebenen
Stabilisators in einem Schnellmischer homogenisiert, mit einem Einwellenextruder
bei 250°C strangextrudiert und granuliert. Das Granulat
wird weiteren fünf Extrusionspassagen unterworfen. Nach jeder Extrusions
passage wird eine Granulatprobe entnommen und deren Schmelzindex
MFI-190/5 (g/10 min) nach DIN 53 735 gemessen.
0,1% Calciumstearat enthaltendes Polyethylen (z. B. VESTOLEN A 6016®,
Hüls AG) wird mit 0,1% des im Beispiel 1 beschriebenen Stabilisators
in einem Schnellmischer homogenisiert, mit einem Einwellenextruder bei
250°C strangextrudiert und granuliert. Aus dem Granulat werden bei
180°C Probenkörper vom Format 100×10×1 mm gepreßt und bei 100°C bei
geschlossener Frischluftzufuhr gelagert.
Stabilisator aus Beispiel | |
Oxidationsstabilitätszeit [d] | |
1 | |
220 | |
ohne Stabilisator | 40 |
In unstabilisiertes Polyamid 12 (VESTAMID L 1801®, Hüls AG) wird 0,5%
des im Beispiel 1 beschriebenen Stabilisators eingearbeitet. Als Kriterium
für die Stabilisatorwirkung dient der Schlagzugversuch nach
DIN 53 448 mit gekerbten Probekörpern, die aus 1 mm dicken Spritzgußplatten
ausgestanzt werden. Experimentell bestimmt wird die Restschlagzugzähigkeit
in Abhängigkeit von der Lagerdauer bei 145°C.
Die Halbwertszeit (50%ige Restschlagzugzähigkeit) beträgt 230 h.
Wenn man die Prüfung ohne den Stabilisator durchführt, ermittelt man
eine Halbwertszeit von 5 h.
Entsprechend dem TOST-Test nach DIN 51 587 wird eine Mischung aus 90%
Mineralöl (Typ 150 SN der Fa. VEBA-OEL) und 10 Vol.-% Wasser mit 0,1%
des im Beispiel 1 beschriebenen Stabilisators versetzt. In Anwesenheit
eines Cu/Fe-Katalysators werden bei 95°C pro Stunde 3 l Sauerstoff in
die Lösung eingeblasen. Nach 1000 h wird der Test abgebrochen, da
praktisch kein Abbau des Mineralöls festzustellen ist. Experimentell
wird eine Neutralisationszahl (NZ) von 0,1 bestimmt.
Wenn man die Prüfung ohne Stabilisator durchführt, wird schon nach
72 h eine NZ von 4,6 erreicht.
Claims (5)
1. Phenolische Urethan- und Harnstoffderivate der allgemeinen
Formel 1
worin
R = geradkettiges oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl oder C₃-C₈-Cycloalkyl
n = eine Zahl von 2 bis 12
A = ein O-Atom oder NH
bedeuten.
R = geradkettiges oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl oder C₃-C₈-Cycloalkyl
n = eine Zahl von 2 bis 12
A = ein O-Atom oder NH
bedeuten.
2. Verbindungen gemäß Anspruch 1, in denen n = 3 ist und R eine
Methyl- oder tert.-Butylgruppe bedeutet.
3. Verwendung der Verbindungen gemäß den Ansprüchen 1 und 2 zum Stabilisieren
von Polymeren.
4. Verwendung der Verbindungen gemäß Anspruch 3 zum Stabilisieren
von Polyolefinen und Polyamiden.
5. Verwendung der Verbindungen gemäß Anspruch 3 zum Stabilisieren
von synthetischen und natürlichen Ölen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3800295A DE3800295A1 (de) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | Phenolische urethan- und harnstoffderivate und damit stabilisiertes organisches material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3800295A DE3800295A1 (de) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | Phenolische urethan- und harnstoffderivate und damit stabilisiertes organisches material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3800295A1 DE3800295A1 (de) | 1989-07-20 |
DE3800295C2 true DE3800295C2 (de) | 1990-05-10 |
Family
ID=6344936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3800295A Granted DE3800295A1 (de) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | Phenolische urethan- und harnstoffderivate und damit stabilisiertes organisches material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3800295A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10377702B1 (en) * | 2019-05-30 | 2019-08-13 | Shaanxi University Of Science And Technology | Hydroxytyrosol isophorone diisocyannate derivative with antioxidant activity and a method of preparing the same |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1568622C3 (de) * | 1966-11-16 | 1975-01-23 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | 3-tert.-Butyl-2- bzw. 4-hydroxy-5aHcyl-phenylalkylsemicarbazlde |
CH590893A5 (de) * | 1974-03-27 | 1977-08-31 | Ciba Geigy Ag | |
GB1535730A (en) * | 1975-04-30 | 1978-12-13 | Shell Int Research | Carbamates and their use as antioxidants |
SU1098933A1 (ru) * | 1983-04-07 | 1984-06-23 | Научно-исследовательский институт химикатов для полимерных материалов | 3-(3,5-Ди-трет-бутил-4-оксифенил)-пропиловые эфиры замещенных карбаминовых кислот в качестве термостабилизаторов ударопрочного полистирола |
-
1988
- 1988-01-08 DE DE3800295A patent/DE3800295A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3800295A1 (de) | 1989-07-20 |
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