DE4412330B4 - Verfahren zur Herstellung von speziellen Polyethylenglykoldi(2-(4-chlor-2-methylphenoxy) -propionsäureestergemischen - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung von Polyethylenglykolestern der 2-(4-Chlor-2-methylphenolxy)-propionsäure durch
Umsetzung von Polyethylenglykolen mit 2-(4-Chlor-2-methylphenolxy)-propionsäure, dadurch
gekennzeichnet, dass man die Umsetzung mit einer Mischung von Polyethylenglykolen
mit einer Molmassenverteilung von 170 bis 230 und einem Gehalt an < 0,1 Gew.-% an Monoethylenglykol
und < 0,1 Gew.-%
an Diethylenglykol, bei Temperaturen von 155-195 °C durchführt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein ökonomisch und ökologisch vorteilhaftes und einfach durchzuführendes Verfahren zur Herstellung von speziellen Polyethylenglykoldiestern der 2-(4-Chlor-2-methylphenoxy)-propionsäure, sowie das nach diesem Verfahren erhältliche Stoffgemisch und dessen Verwendung als Durchwurzelungsinhibitor in Baustoffen und Isoliermassen, wie z.B. Bitumen.
- Bei Baustoffen führt Wurzeldurchwuchs zu unerwünschten Materialschäden. Besonders plastische Materialien, wie Dichtungsmassen, Dachbahnen, aber auch Asphalt können von Pflanzenwurzeln zerstört werden. Das Eindringen von Wurzeln in Dichtungen von Kanälen und Abwasserleitungen, in Flachdachabdeckungen, in Bitumenisolierungen von Rohrleitungen, Brücken- und Wasserbauten sowie das Ein- und Durchwachsen von Wurzeln bei leichten Bitumen-Straßen sind allgemein bekannte Probleme. Undichtigkeiten, Korrosion, Schäden an Gebäuden, Straßen und Rohrleitungen können die Folge sein.
- Um diese Schäden zu verhindern, wird z.B. in F. Hegemann, Abiogene Bitumenadditive, Bitumen-Teere-Asphalte-Peche 24, 105 (1973) beschrieben, Baustoffe mit wurzelwidrigen Wirkstoffen zu versetzen.
- Als Wirkstoffe sind aus der DE-1 196 115 z.B. Polyglykolester der 2-(4-Chlor-2-methylphenoxy)propionsäure (im folgenden Polyester der MCPP-Säure) bekannt.
- Zur Herstellung der Polyester der MCPP-Säure werden dabei Polyglykole der mittleren Molekulargewichte 200 bis 2000 mit MCPP-Säure umgesetzt. Dabei werden die Polyglykole in ihrer, gemäß ihrer Herstellung anfallenden Molekulargewichtsverteilung eingesetzt.
- Ebenfalls bekannt ist, daß die Ethylenglykol-, Diethylenglykol- und Triethylenglykolester sowie Polyethylenglykolester der MCPP-Säure als Herbizide verwendet werden können. Ihre Herstellung erfolgt durch Wasseraustrag mittels Katalysator (Schwefelsäure), Schlepper (Benzol) und unter Verwendung eines Wasserabscheiders. Die Aufarbeitung bedingt diverse Extraktions- und Neutralisationsschritte, um den sauren Katalysator zu entfernen sowie eine aufwendige Destillation (≤ 0,5 Torr, ≥ 250°C). Die Ausbeute beträgt dabei im allgemeinen 83 bei 92 % der Theorie. Der verbleibende Rest enthält einen hohen Anteil an MCPP-Säure, die aufwendig abgetrennt bzw. entsorgt werden muß, da sie wegen ihres hohen AOX-Gehalts nicht ins Abwasser gelangen soll.
- Es ist weiterhin literaturbekannt, daß Polyethylenglykole im allgemeinen als Gemische homologer (Poly)-Ethylenglykole mit einem hohen Anteil an Ethylenglykol vorliegt, wobei Ethylenglykol aufgrund seines niedrigen Siedepunktes den höchsten Dampfdruck und damit die höchste Flüchtigkeit besitzt. Da dies auch für die (Poly)-Ethylenglykol-mono und di-MCPP-Ester zutrifft, geht eine merkliche Menge Produkt/Edukt bei der Herstellung nach den üblichen Verfahren verloren. Desweiteren führt dieser flüchtige Anteil bei der Verwendung der so hergestellten Polyester der MCPP-Säure, z.B. bei der Einarbeitung in heiße Bitumenmischungen, zu einer Belästigung der Benutzer.
- Ebenfalls bekannt ist, daß das Diethylenglykol (im allgemeinen wesentlicher Bestandteil von Polyethylenglykolen) unter Einfluß von Säure Dioxan bildet (H. Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie, 18. Auflage. Hirzel Verlag, Stuttgart 1978, S. 260). Dioxan wird als leicht flüchtige Komponente ebenfalls bei der Herstellung nach den üblichen Verfahren aus dem Reaktionsgemisch ausgetragen und bedarf besonderer Beachtung, da es leicht explosionsfähige Luft/Ether-Gemische bildet. Der Austrag an Edukt senkt zudem die Ausbeute.
- Um all diese Nachteile zu beseitigen, wurde ein neues Verfahren zur Herstellung von Polyestern, insbesondere Polyethylenglykolestern der MCPP-Säure entwickelt.
- Aufgabe der Erfindung war daher die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Polyestern der MCPP-Säure, welches schnell und in sehr guter Ausbeute ohne Bildung von Dioxan oder anderen leicht flüchtigen Komponenten herstellbar ist. Außerdem sollten die biologischen Erwartungen der Hemmung der Durchwurzelung von z.B. Bitumen voll erfüllt oder gar übertroffen werden.
- Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß, wenn statt der bekannten Polyglykolgemische eine Mischung von Polyethylenglykolen verwendet wird, welche eine Molmassenverteilung
M von 170 bis 230 besitzt und arm an Mono- und Diethylenglykol ist, eine gesteigerte Ausbeute bei gleichzeitig gesteigerter biologischer Wirkung beobachtet wird. - Gegenstand der Anmeldung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Polyethylenglykolestern der 2-(4-Chlor-2-methylphenoxy)-propionsäure durch Umsetzung von Polyethylenglykolen mit 2-(4-Chlor-2-methylphenoxy)propionsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit einer Mischung von Polyethylenglykolen mit einer Molmassenverteilung (
M ) von 170 bis 230 und die arm an Mono- und Diethylenglykol ist, bei Temperaturen von 155 bis 195°C durchführt. - Die Mischung von Polyethylenglykolen mit der geforderten Zusammensetzung und Molmassenverteilung wird z.B. durch Mischen der jeweiligen reinen Ethylenglykolkomponenten oder durch Mischen von Reinkomponenten mit Gemischen von verschiedenen Ethylenglykolen oder durch Mischen von verschiedenen Gemischen von Ethylenglykolen bereitgestellt. Polyethylenglykolmischungen folgender Zusammensetzung sind bevorzugt:
< 0,1 Gew.-% Monoethylenglykol (ME)
< 0,1 Gew.-% Diethylenglykol (DE)
5-40 Gew.-% Triethylenglykol (TRI)
30-80 Gew.-% Tetraethylenglykol (Tetra)
5-30 Gew.-% Pentaethylenglykol (PE)
0,1-10 Gew.-% höhere Ethylenglykole (Rest). - Besonders bevorzugt sind Polyethylenglykolmischungen der Zusammensetzung:
< 0,05 Gew.-% Me
< 0,08 Gew.-% DE
10-35 Gew.-% TRI
35-75 Gew.-% Tetra
10-25 Gew.-% PE
0,5-8 Gew.-% Rest. - Ganz besonders bevorzugt sind Polyethylenglykolmischungen der Zusammensetzung:
< 0,01 Gew.-% ME
< 0,05 Gew.-% DE
15-30 Gew.-% TRI
48-70 Gew.-% Tetra
12-22 Gew.-% PE
1-7 Gew.-% Rest. - Die Einzelkomponenten dieser Zusammensetzungen addieren sich jeweils in der Summe zu 100 %.
- Die MCPP-Säure wird für die Reaktion verwendet, wie sie kommerziell erhältlich ist oder gegebenenfalls durch Erhitzen auf 100-140°C vom Restwasser befreit.
- Das Polyethylenglykolgemisch wird im erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise in einer Menge von 95-120 Gew.-% der Theorie, bezogen auf die angestrebte Bildung des Diesters mit der MCPP-Säure, in ein Reaktionsgefäß, enthaltend die, vorzugsweise schon auf 155-195°C erwärmte, MCPP-Säure gegeben. Nach 10 bis 120 min wird der Druck im Reaktionsgefäß auf vorzugsweise 50 bis 1 mbar abgesenkt und für 15 bis 45 h bei dieser Temperatur und Druck gehalten.
- Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Temperaturen von 165-190°C, insbesondere 170-190°C, durchgeführt. Dabei wird der Druck vorzugsweise bei 30-2, insbesondere 25-3 mbar gehalten.
- Die Umsetzung ist bei diesen Temperaturen und Drücken im allgemeinen nach 20-35 bzw. 22-30 Stunden abgeschlossen.
- Als Reaktionsgefäße dienen allgemein übliche, bevorzugt emaillierte Anlagen. Das Verfahren kann dabei, je nach Anlage, auch kontinuierlich durchgeführt werden, wobei die einzelnen Reaktionskomponenten gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge zugesetzt werden können.
- Gegenstand der Anmeldung ist auch das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Produkt, das sich im Vergleich zu den bekannten Polyestern der MCPP-Säure durch deutlich verbesserte Eigenschaften auszeichnet.
- So besitzt das erhältliche Produkt z.B. einen verringerten Dampfdruck, was bei der Verwendung des Produktes im Hinblick auf die Arbeitshygiene vorteilhaft ist. Desweiteren konnte überraschenderweise eine Steigerung der biologischen, also wurzelrepellierenden Wirkung, beobachtet werden. Außerdem wurde die Verträglichkeit zu angrenzenden Bepflanzungen verbessert.
- Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polyethylenglykolester werden zum Schutz von Bauwerken wie z.B. Kanälen, Rohrleitungen, Häuser, Dächer, Straßen, Dichtungen, Brücken- und Wasserbauten gegen Ein- und Durchwachsen von Wurzeln verwendet.
- Dabei werden die erfindungsgemäßen Polyethylenglykolester direkt auf die Bauwerke aufgetragen, z.B. in Form von Zubereitungen wie z.B. Bitumen, Teerpechen, Anstrichen oder vorzugweise den Baustoffen wie z.B. Isolier-, Dichtungsmassen, Dachbahnen, Zement usw. zugefügt.
- Der Gehalt an Wirkstoff in den Baustoffen bzw. Zubereitungen beträgt dabei 0,01 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 2 Gew.-%.
- Zusammengefaßt ist festzustellen, daß ein neues Verfahren zur Herstellung von Polyestern der MCPP-Säure gefunden wurde, das sich dadurch auszeichnet, daß es in kurzer Zeit ein Polyestergemisch liefert, wobei grundsätzlich Ausbeuten ≥ 95 %, zumeist ≥ 98 %, gefunden werden. Zudem entfallen im Vergleich zum Stand der Technik weitere Aufarbeitungsschritte, da ein hoher Umsatz erreicht wird. Durch die Verwendung eines gegebenenfalls durch Mischung herzustellenden Polyethylengemisches mit
M zwischen 170 und 230 wird überraschenderweise außerdem die mit dem entstehenden Wasser abgehenden organischen Bestandteile auf ein Minimum reduziert, was ökologische und ökonomische Vorteile bietet. Letzteres ist insbesondere deswegen überraschend, da nicht zu erwarten ist, daß bei Verwendung ähnlicher Polyethylenglykole mit MolgewichtenM ±200 die organische Abwasserfracht reduziert werden kann. - Darüber hinaus zeichnet sich der hierdurch erhältliche Produkt durch deutlich verbesserte Eigenschaften aus.
- Auch sind die Anwendungskonzentrationen des Produktes mit Bezug auf den MCPP-Säure-Gehalt geringer und die Langzeitwirkung verbessert.
- Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung. Ausgangsmischungen Eduktglykolgemisch I, Polyethylenglykol 200 der Fa. Fluka für Vergleichsbeispiele I und IV
Monoethylenglykol 0,885 Gew.-% Diethylenglykol 4.371 Gew.-% Triethylenglykol 14.534 Gew.-% Tetraethylenglykol 38.201 Gew.-% Pentaethylenglykol 28.788 Gew.-% Hexaethylenglykol 13.220 Gew.-% M ~ 200 für erfindungsgemäße Beispiele II und VMonoethylenglykol 0,003 Gew.-% Diethylenglykol 0,014 Gew.-% Triethylenglykol 15.637 Gew.-% Tetraethylenglykol 61.264 Gew.-% Pentaethylenglykol 20.954 Gew.-% Hexaethylenglykol 2.115 Gew.-% - Beispiel 1
- 7450 g MCPP-Säure werden in einem 10 l Reaktionsgefäß auf 170°C ± 5°C erwärmt und 3088 g Glykolgemisch I zugesetzt. Nach 30 min wird der Druck auf 3 bis 8 mbar abgesenkt und für 30 h bei 190°C ± 5°C gehalten.
- Nach Abkühlen erhält man 9748 g eines dunklen Öls.
- Beispiel 2
- 7450 g MCPP-Säure werden in einem 10 l Reaktionsgefäß auf 170°C ± 5°C erwärmt und 3423 g Glykolgemisch II zugesetzt. Nach 30 min wird der Druck auf 3 bis 8 mbar abgesenkt und für 29 h 30 min bei 190°C ± 5°C gehalten.
- Nach Abkühlen erhält man 10061 g eines dunklen Öls.
- Beispiel 3
- 7450 g MCPP-Säure und 3210 g Glykolgemisch I werden nach Aufheizen der MCPP-Säure auf 180°C + 5°C vereint und bei 4-6 mbar für 24 h 30 min bei 190°C ± 5°C gehalten.
- Nach Abkühlen erhält man 9966 g eines dunklen Öles und 676 g einer abkondensierten, flüchtigen Phase.
- Beispiel 4
- 7368 g MCPP-Säure und 3432 g Glykolgemisch II werden nach Aufheizen der MCPP-Säure auf 180°C + 5°C vereint und bei 4-6 mbar für 24 h 15 min bei 190-200°C gehalten.
- Nach Abkühlen erhält man 9995 g eines dunklen Öls und 581 g einer abkondensierten, flüchtigen Phase.
- Beispiel 5
- Die Öle aus Beispiel 1 und 2 werden gemäß DIN 4062 auf ihre Wirkung auf Hemmung der Durchwurzelung geprüft und für gleichgut und hochwirksam befunden.
- Bei Einsatz des Wirkstoffes gemäß Beispielen 1 und 3 ist außerdem bei einigen Pflanzen eine Schädigung der Pflanzen zu beobachten, die bei Einsatz der Wirkstoffe gemäß Beispielen 2 und 4 nicht zu beobachten ist.
Claims (10)
- Verfahren zur Herstellung von Polyethylenglykolestern der 2-(4-Chlor-2-methylphenolxy)-propionsäure durch Umsetzung von Polyethylenglykolen mit 2-(4-Chlor-2-methylphenolxy)-propionsäure, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung mit einer Mischung von Polyethylenglykolen mit einer Molmassenverteilung von 170 bis 230 und einem Gehalt an < 0,1 Gew.-% an Monoethylenglykol und < 0,1 Gew.-% an Diethylenglykol, bei Temperaturen von 155-195 °C durchführt.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit einer Polyethylenglykolmischung aus < 0,1 Gew.-% Monoethylenglykol, < 0,1 Gew.-% Diethylenglykol, 5-40 Gew.-% Triethylenglykol, 30-80 Gew.-% Tetraethylenglykol, 5-30 Gew.-% Pentaethylenglykol und 0,1-10 Gew.-% höhere Ethylenglykole durchführt.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei vermindertem Druck durchführ.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei Temperaturen von 165-190°C und einem Druck von 30-2 mbar durchführt.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei Temperaturen von 170-190°C und einem Druck von 25-3 mbar durchführt.
- Die nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 erhältlichen Polyethylenglykolester der 2-(4-Chlor-2-methylphenoxy)-propionsäure.
- Verwendung der nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 erhältlichen Polyethylenglykolester der 2-(4-Chlor-2-methylphenoxy)-propionsäure zum Schutz von Bauwerken gegen Wurzeldurchwuchs.
- Verfahren zum Schutz von Bauwerken gegen Wurzeldurchwuchs, dadurch gekennzeichnet, daß man die Baustoffe mit den nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 erhältlichen Polyethylenglykolestern versetzt.
- Baustoffe enthaltend die nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 erhältlichen Polyethylenglykolester.
- Verwendung der nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 erhältlichen Polyethylenglykolester zur Herstellung von wurzelfesten Baustoffen.
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