DE633896C - Verfahren zur Herstellung von haertbaren Kondensationsprodukten aus Phenolen, Hexamethylentetramin, Harnstoff und Formaldehyd - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von haertbaren Kondensationsprodukten aus Phenolen, Hexamethylentetramin, Harnstoff und Formaldehyd

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DE633896C DEK129732D DEK0129732D DE633896C DE 633896 C DE633896 C DE 633896C DE K129732 D DEK129732 D DE K129732D DE K0129732 D DEK0129732 D DE K0129732D DE 633896 C DE633896 C DE 633896C
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G14/00Condensation polymers of aldehydes or ketones with two or more other monomers covered by at least two of the groups C08G8/00 - C08G12/00
    • C08G14/02Condensation polymers of aldehydes or ketones with two or more other monomers covered by at least two of the groups C08G8/00 - C08G12/00 of aldehydes
    • C08G14/04Condensation polymers of aldehydes or ketones with two or more other monomers covered by at least two of the groups C08G8/00 - C08G12/00 of aldehydes with phenols
    • C08G14/06Condensation polymers of aldehydes or ketones with two or more other monomers covered by at least two of the groups C08G8/00 - C08G12/00 of aldehydes with phenols and monomers containing hydrogen attached to nitrogen
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von härtbaren Kondensationsprodukten aus Phenolen, Hexamethylentetramin, Harnstoff und Formaldehyd Der Zweck vorliegenden Verfahrens ist die Herstellung von hellgefärbten und möglichst lichtbeständigen preßbaren -Kondensationsprodukten, die Phenole enthalten.
  • Es ist bekannt, daß Kondensationsprodukte aus Phenolen nicht sehr lichtbeständig sind und daß sie eine Eigenfarbe besitzen, die die Herstellung von weißen oder sehr hellfarbenen. Produkten nicht gestattet. Erstere Eigentümlichkeit hängt davon ab, däß die Phenolkondensationsprodukte noch freie Restvalenzen aufweisen, an die sich der Sauerstoff der Luft, insbesondere unter der Einwirkung des Lichtes, anlagern kann; letztere Eigentümlichkeit ist eine Wirkung des zur Härtung der Phenolkondensationsprodukte meist verwendeten Hexaniethylentetramins.
  • Das vorliegende Verfahren schafft die Bedingungen, unter denen es möglich ist, aus Phenolen trotz Verwendung von Hexam@ethylentetramin ganz hellgefärbte und lichtechte Verbindungen zu erhalten.
  • Um lichtechte Verbindungen zu erhalten, ist es notwendig, möglichst sämtliche freien Restvalenzen der Phenolkondensate, die leicht Sauerstoff unter Entstehung von Verfärbungen aufnehmen könnten, mit anderen lichtechten ungesättigten Verbindungen zu besetzen. Für diesen Zweck haben sich die Harnstoff-Formaldehydkondensationsprodukte besonders geeignet erwiesen.
  • Die Herstellung von Harnstoff-Phenol-Kondensationsprodukten mit Hilfe von Säuren ist bereits bekannt. Von diesen bekannten Verfahren unterscheidet sich das neue Verfahren vor allen Dingen dadurch, daß Wasserstoffionenkonzentrationen gewählt sind, die bei alleiniger Kondensation von Harnstoff und Phenol beim Erwärmen zu gänzlich unbrauchbaren Produkten führen, die sich nicht mehr durch Destillation von Wasser befreien und nicht mehr mit Fasern- und- Füllstoffen mischen lassen. Erst bei gleichzeitiger Anwesenheit von Harnstoff, Phenolen und Hexamethylentetramin lassen sich bei solchen yVasserstoffionenkonzentrationen technisch brauchbare Produkte erzielen, die sich durch Destillation entwässern und mit Füll- und Faserstoffen mischen lassen.
  • Darüber hinaus besitzen jedoch die aus Phenolen, Harnstoff, Hexamethylentetramin ünd Formaldehyd mit Hilfe von- Säuren hergestellten Produkte bedeutend bessere Eigenschaften als Produkte, die nur aus Phenolen, Harnstoff und Formaldehyd mit Hilfe saurer Kontaktmittel hergestellt sind; insbesondere sind die Erweichungspunkte und die mechanischen Festigkeiten bedeutend besser. Es hat sich nämlich gezeigt, daß das Hexamethylentetramin mit drei Restvalenzen in den Bau des Moleküls mit eintritt und den Anlaß zur Bildung von weit verzweigten und vernetzten hochmolekularen Verbindungen' gibt, die sich in ihren sämtlichen Eigenschaften wesentlich besser verhalten als solche von einfacherem und weniger hochmolekularem Molekülverbande. Um jedoch. das Hexamethylentetramin dem Bau von Kondensationsprodukten aus Harnstoff und Phenolen einverleiben zu können;"-ist die gleichzeitige Anwesenheit von Säurennotwendig.
  • Es ist nämlich bekannt, lab der Harnstoff' nur mit Hilfe'von Säuren ungesättigte Ver-* bindungen bildet, in alkalischem Medium bleibt die Reaktion bei methylolartigen Verbindungen stehen, die zur Bildung von hochmolekularen Verbindungen nicht befähigt sind. Verwendet man nach bekannten Verfahren nur Phenale, Harnstoff, Hexamethylen= tetramin und Formaldehyd ohne Säure, so können sich die eben erwähnten ungesättigten Verbindungen infolge der alkalischen Reaktion des Hexamethylentetramins nicht bilden, und es kann nicht zur Ausbildung hochmolekularer Verbindungen kommen. Darüber hinaus zeigen jedoch diese alkalischen Produkte den großen Mangel, lab sie gelb bis braun gefärbt sind. Verwendet man jedoch Phenole, Harnstoff, Hexamethylentetramin und Säure, so gelingt die Herstellung vollkommen ungefärbter Harze ohne Schwierigkeit. Bedingung ist jedoch, lab in sämtlichen Herstellungsstufen die saure Reaktion gewahrt bleibt. Die nach dem Auflösen der Ausgangsmaterialien im Form= aldehyd vorübergehend auftretende alkalische Reaktion, die sich beim Erwärmen in die saure Reaktion umwandelt, ist jedoch nicht' schädlich.
  • Um jedoch auch ungefärbte Preblinge zu erhalten, ist es notwendig, beim Pressen Temperaturen zu vermeiden, die unter Zersetzungserscheinungen alkalische. Reaktion. im Prebling hervorrufen. Im allgemeinen sollen Prebtemperaturen von i5o° nicht überschritten werden und die Prebzeit bei hohen Temperaturen nicht zu lange ausgedehnt werden.
  • Erfindungsgemäß wird der Formaldehyd durch Zusatz saurer, Kontaktmittel auf einen PH-Wert unter 3 gebracht. Man -erreicht durch diese' Maßnahme, lab die zunächst alkalisch reagierende Lösung beim Erwärmen sauer wird. Die Kondensation wird also in . Anwesenheit saurer Kontaktmittel bei saurer Reaktion unter Wärmezufuhr so lange fortgesetzt, bis aus der heißen Lösung gerade dünnviscose Harze auszufallen beginnen, die man dann vorzugsweise im Vakuum zu dünnflüssigen Harzen unter Entfernung des ganzen oder fast des ganzen Wassers eindestillieren kann.
  • In vielen Fällen, insbesondere dann, wenn man zur Kondensation flüchtige Säuren verwendet hat, erscheint es vorteilhaft, diese zu entfernen, da sie die Formen stark angreifen. Man kann dies durch Waschen, Neutralisieren, Dialysieren erreichen. Man kann aber auch die beim Neutralisieren entstehenden Salze durch Auswaschen oder Dialysieren entfernen. Man kann sowohl diese gereinigten Produkte verpressen, man kann aber auch diesen gereinigten Produkten wieder nicht flüchtige Säuren zusetzen.
  • Als Säuren kann man Säuren jeder Art verwenden, wie Oxalsäure, Salzsäure, Phosphorsäure, sofern die Dissoziationskonstante der verwendeten Säuren die Erreichung der beanspruchten Wasserstoffionenkonzentrationen erlaubt.
  • Auf i Mol Phenol werden erfindungsgemäß etwa i bis z Mol Harnstoff und mindestens 2 Mal Formaldehyd verwendet.
  • Die Menge des verwendeten Hexamethylentetramins ist so zu bemessen, daß die ursprünglich alkalisch reagierende Reaktionsmischung nach der Wärmezufuhr saure Reaktion aufweist.
  • Sind im Laufe der Kondensation die ungesättigten Verbindungen in groben Mengen entstanden, so können diesem System noch gröbere Mengen von Hexamethylentetramin einverleibt werden, ohne lab die saure Reaktion dadurch zum Verschwinden gebracht würde.
  • Statt Hexamethy lentetramin kann man auch äquivalente Mengen von Amoniak und Formaldehyd verwenden und das Hexamethylentetramin in der Kondensationslösung entstehen lassen.
  • Im Gemisch mit Harnstoff können beliebige andere, mit Formaldehyd reagierende Verbindungen, wie Thioharnstoff, Urethan, Anilin, Aoetamid, Formamid und andere, verwendet werden.
  • Als Phenole kann man das Phenol, die isomeren Kresole, gegebenenfalls in geeigneten Gemischen, und mehrwertige Phenole verwenden.
  • Die Reaktion wird unter Wärmezufuhr geleitet, sie kann. bei Siedetemperatur oder unter erhöhtem Druck bei Temperaturen darüber, aber auch bei Temperaturen unter Siedetemperatur geführt werden.
  • Die gebildeten Harze werden in einem beliebigen Herstellungsstadium mit Füll- und Faserstoffen gemischt, zweckmäßig verwendet man jedoch dazu die eindestillierten Harze. Es ist notwendig, die entstandenen Harze, vor ihrer V erpressung einer Vorpolyrnerisation zu unterwerfen, bis die Produkte die zum Pressen geeignete Flußfähigkeit besitzen. Man kann dies z. B. durch Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 50 und i2o° erreichen.
  • Die Verpressung erfolgt bei einem spezifischem Druck von ioo bis Zoo kgicm= und Temperaturen von 13o bis i5o°. Man hat bereits Harnstoff, Phenole und Formaldehyd mit Hilfe von sauren Kontaktmitteln kondensiert. Man erreicht auf diese Weise jedoch minderwertige Produkte von . niedrigem Erweichungspunkt und geringer mechanischer Festigkeit, die außerdem infolge ihrer Konsistenz schwer mit Füll- und Faserstoffen zu mischen sind. Es ist auch bereits beschrieben worden, daß man die Kondensation von Harnstoff, Phenol und Formaldehyd in Gegenwart von Hexamethylentetramin vornehmen kann. Man erhält jedoch auf diese Weise gelb- bis rotbraune Harze von sehr schlechten Eigenschaften.
  • Man hat auch bereits Harnstoff und Phenol ohne Zusatz von sauren Kontaktmitteln mit Formaldehyd kondensiert, die erhaltenen Produkte im Vakuum eindestilliert und späterhin Hexamethylentetramin und gegebenenfalls eine Säure zugesetzt, worauf man die Produkte in offenen Gefäßen bei Temperaturen über ioo° behandelte. Eine solche Arbeitsweise ist nur möglich, wenn Phenol weitaus im Überschuß gegenüber dem Harnstoff vorliegt, da bei Anwesenheit größerer Mengen von Harnstoff in Gegenwart von sauren Kontaktmitteln bei so hohen Temperaturen vorzeitige Härtung eintritt. Es entstehen aber außerdem durch den nachträglichen Zusatz von Hexamethylentetramin andere Produkte als nach vorliegender Erfindung.
  • Es wurden auch schon Hexamethylentetraminsalze als Kontaktmittel bei der Kondensation von Phen:olharzen verwendet. Im Gegensatz hierzu wird gemäß vorliegender Erfindung das Hexamethylentetramin in größeren Mengen zum Molekülaufbau verwendet. Außerdem besteht bei vorliegender Erfindung zwischen Hexamethylentetramin und Säure kein salzartiges Verhältnis. Die Mengen des verwendeten Hexamethylentetramins gegenüber der Säure sind weitaus größer, als zur Bildung eines Salzes notwendig wäre. Würde man die erfindungsgemäß vorgesehenen Mengen Hexamethylentetramin als Hexamethylentetraminsalze verwenden, so würden infolge zu großer Säuremengen unbrauchbare Produkte entstehen, die keinen Fluß besitzen und außerdem infolge der großen, in-Freiheit gesetzten Mengen Säure sämtliche Preßformen in kurzer Zeit vernichten würden.
  • In den folgenden Beispielen sind die Teile, wo nichts anderes erwähnt ist, Gewichtsteile. Beispiel i 46 Teile Phenol, 3o Teile IIar nstoff, 4,7 Teile Hexamethylentetramin, 1,5 Teile Oxalsäure und ioi Teile Formaldehyd 4ovolumenprozentig werden zusammen % bis i Stunde unter Rückfluß - erhitzt, bis `sich aus der ursprünglich alkalischen Lösung ein öliges, dünnviscoses, farbloses Harz in der heißen Lösung gerade abgesetzt hat. Die Reaktion der Lösung und des abgeschiedenen Harzes ist stark sauer. Man destilliert das dünnviscose Harz weitestgehend ein, wobei ein vollkommen farbloses, glasklares, in der Hitze dünnviscoses Harz entstanden ist, welches mit Cellulose gemischt wird und so lange bei Temperaturen von "5o bis 9o° eingelagert wird, bis es die zum Pressen geeignete Flußfähigkeit besitzt. Beispiel z 46TeilePhenol, z7TeileHarnstoff,3,gTeile Thioharnstoff, q.;7 Teile Hexamethylentetramin, 1,5 Teile Oxalsäure und ioi Teile Formaldehyd 40 volumenprozentig werden i,/. bis i Stunde unter Rückfluß erhitzt, bis sich aus der ursprünglich alkalischen Lösung gerade ein Harz abzuscheiden beginnt. Die weitere Behandlung erfolgt wie im Beispiel i angegeben. Es entsteht auch bei diesem Versuch ein vollkommen ungefärbtes, glasklares, sauer reagierendes Harz. Beispiel 3 54 Teile m-I-Cresol, z7 Teile l-1-arnstoff, 4,4 Teile LTrethan, 4 Teile Hexamethylentetramin, 1,5 Teile Oxalsäure und ioi Teile Formaldehyd 4o volumenprozentig werden unter Rückflußkühlung so lange erhitzt, bis sich ein Harz gebildet hat. Die weitere Behandlung erfolgt wie in Beispiel z. Das entstandene Harz ist vollkommen farblos, glasklar und in der Wärme leicht aufschmelzend. Beispiel 46 Teile Phenol, 3o Teile Harnstoff, 7 Teile Hexamethylentetramin, i,5 Teile Oxalsäure und ioi Teile Formaldehvd 4ovolumenprozentig werden 2o bis 3o Minuten unter Rückflußkühlung zum Kochen erhitzt. In die heiße, sauer reagierendeLösung gibt man 2,3 Teile Hexamethylentetramin, in wenig Wasser gelöst, wobei die saure Reaktion erhalten bleibt. Die weitere Behandlung erfolgt wie in Beispiel i.
  • Das entstandene Hatz ist vollkommen glasklar, durchsichtig und in der Wärine leicht aufschmelzend.
  • Beispiel 5. 46TeilePhenol, 3oTeileHarnstoff, 4,oTeile Hexamethylentetramin, ioi Teile Formaldehyd 4ovolumenprozentig und 1,5 Teile 44volumenprozentigc Salzsäure werden ijzbis i Stunde auf 6o° erwärmt. Es entsteht eine dünnviscose, in der Kälte schwach getrübte Harzlösung ohne Abscheidungen mit stark saurer Reaktion. Man läß.t die Lösung einige Stünden in der Kälte stehen, worauf man m-i't, alkoholischer Kalilauge bis. zur schwach sauren Reaktion abstumpft. Man kann auch neutralisieren und mit wenig Oxalsäure an=' säuern. Schließlich kann man das Harz durch Zusatz von Wasser fällen und auswaschen. Man destilliert nun im Vakuum ein und behandelt weiter wie in den anderen Beispielen angegeben. Die erhaltenen Harze sind vollkommen klar.
  • Beispiel 6 46TeilePhenol, 45TeileHarnstoff, 5,oTeile Hexamethylentetramin, 1,7 Teile Oxalsäure und 132 Teile Formaldehyd 4ö volumenprozentig werden in gleicher Weise wie bei den anderen Beispielen behandelt.
  • Beispiel 7 94 Teile Phenol, izo Teile Harnstoff, 14 Teile Hexamethylentetramin, 35o Teile Formaldehyd 3ogewichtsprozentig und z bis 3 Teile Oxalsäure werden so lange auf 6o bis 70° erhitzt, bis sich geringe Trübungen in Form hydrophober Harzverbindungen ausscheiden. Das so erhaltene Produkt wird 1lierauf-'mif:'C,ellulose und Gleitmitteln geescht,..bei- 66 l#is .7o ° getrocknet, zerkleinert d gepr-eßt. -

Claims (1)

  1. PATENtANSPRUCFI: Verfahren. zur Herstellung von härtbaren Konäensationsprodukten aus Phenolen, Hexamethylentetramin, Harnstoff, gegebenenfalls in Mischung mit anderen mit Formaldehyd reagierenden Stoffen, und Formaldehyd, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung von i Mol eines Phenols mit etwa i bis a Mol Harnstoff, einer mindestens z Mol Formaldehyd enthaltenden wäßrigen sauren Formaldehydlösung mit einem pH-Wert unter 3 und so großen Mengen Hexamethylentetramin durch Erwärmen kondensiert, daß die ursprünglich alkalisch reagierende Reaktionsmischung nach der Wärmezufuhr saure Reaktion aufweist, worauf das entstandene Harz bei normalem oder vermindertem Druck bis zur gänzlichen oder fast gänzlichen Entfernung des Wassers eindestilliert wird.
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