DE817811C - Verfahren zur Haertung von Weichharzen - Google Patents

Verfahren zur Haertung von Weichharzen

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DE817811C
DE817811C DEP22526D DEP0022526D DE817811C DE 817811 C DE817811 C DE 817811C DE P22526 D DEP22526 D DE P22526D DE P0022526 D DEP0022526 D DE P0022526D DE 817811 C DE817811 C DE 817811C
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DE
Germany
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hardening
resins
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formaldehyde
oils
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DEP22526D
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English (en)
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Heinrich Dr Meckbach
Richard Dr Wegler
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Bayer AG
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Bayer AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L61/00Compositions of condensation polymers of aldehydes or ketones; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L61/18Condensation polymers of aldehydes or ketones with aromatic hydrocarbons or their halogen derivatives only

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Phenolic Resins Or Amino Resins (AREA)

Description

  • Verfahren zur Härtung von Weichharzen Wie aus den :\ngaben der Arbeit in der Zeitschrift »Angewandte Chemie«, Ausgabe A, 1948, S. 88 bis 96, sowie aus den darin erwähnten Patentschriften hervorgeht, können aromatische Kohlenwasserstoffe mit Formaldehyd in Gegenwart starker Säuren wie Schwefelsäure zu reaktiven Weichharzen kondensiert werden. Eine besondere praktische Bedeutung kommt solchen Harzen zu, welche aus m-\ylol bzw. aus den an m-\ylol reichen technischen tvlolgemischen hergestellt werden. Die Reaktivität derartiger Weichharze ist auf die Anwesenheit von Äther- bzw. Acetalgruppen zurückzuführen. Wie aus der genannten Arbeit hervorgeht, können diese Weichharze auf Grund ihrer Reaktivität mit Phenolen, Alkoholen, Säuren usw. modifiziert «erden, wobei Toluolsulfochlorid, Toluolsulfosäure oder oberflächenaktive Substanzen als Katalysatoren in Frage kommen.
  • Wenn die Weichharze als solche, d. h. ohne Zusatz von Phenolen, Alkoholen, Säuren u. dgl. mit Sulfochloriden erhitzt werden, so tritt eine gewisse Härtung ein, indem die in der Regel flüssigen oder halbfesten Harze in feste Kondensationsprodukte umgewandelt werden. Die so erreichbaren Erweichungspunkte liegen jedoch für eine praktische Verwendung der Produkte als Hartharze zu niedrig. Es liegt der Gedanke nahe, Hartharze auf die Weise herzustellen, dafl man die Kondensation der aromatischen Kohlenwasserstoffe mit Formaldehyd in Gegenwart starker Säuren unter energischeren Bedingungen durchführt, als dies bisher bei der Herstellung der Weichharze üblich war. Bei der üblicherweise als Kondensationsmittel benutzten Schwefelsäure ist dies jedoch deswegen nicht durchführbar, da hierbei Sulfierung auftritt und dadurch der Charakter der Harze weitgehend verändert würde.
  • Es wurde nun gefunden, daß Weichharze der obengenannten Art in einfacher Weise dadurch gehärtet werden können, daß man sie in Gegenwart von geringen Mengen Zinksalzen oder Kadmiumsalzen starker Säuren erhitzt. Am besten hat sich Zinkchlorid bewährt. Diese Katalysatoren nehmen, soweit es um die Härtung der genannten-Weichharze geht, eine Sonderstellung ein, indem weder mit Hilfe von organischen Sulfosäuren noch mit Hilfe von Aluminiumchlorid oder Borfluorid eine auch nur annähernd schnelle und durchschlagende Härtung erzielt werden kann. Die benutzten Katalysatoren sind bereits in sehr geringen Mengen wirksam. In der Regel kommt man mit Mengen unter o,i % aus. Sie können in fester Form oder gelöst zugesetzt werden. Die optimalen Härtungstemperaturen schwanken je nach der Reaktionsfähigkeit zwischen etwa i3o bis 23o°. In der Regel ist die optimale Temperatur i6o bis 2oo°. Die Reaktionszeit richtet sich nach dem gewünschten Grad der Härtung. Im Endeffekt entstehen unlösliche Massen, wie sie etwa den aus Resolharzen entstehenden Resiten entsprechen.
  • Die neue Reaktion kann auf die verschiedenartigste Weise praktisch ausgenutzt werden. Beispielsweise kann man auf diese Weise durch Nachkondensation unlösliche Preßmassen herstellen. Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet besteht darin, daß man die Kondensation stufenweise durchführt, wobei die Weichharze in der ersten Stufe in Gegenwart der Katalysatoren als solche erhitzt werden und die Härtung abgebrochen wird, bevor der Endzustand erreicht ist. In zweiter Stufe werden die vorgehärteten Harze mit trocknenden Ölen verkocht, wobei dann die Reaktion zu Ende geführt wird. Die Auswahl der trocknenden Öle muß hierbei natürlich so getroffen werden, daß bei der Berührung mit den dem Harz zugesetzten Katalysatoren (Zinkchlorid u. dgl.) keine Gelierung eintritt. Leicht gelierende Öle wie Holzöl eignen sich daher für diese Reaktion weniger. Besonders geeignete trocknende Öle liegen in den ungesättigten Bestandteilen des Petroleums vor, wie sie beispielsweise mit Hilfe von SO, in Form des sogenannten Edeleanuextraktes oder mit Hilfe von Furfurol gewonnen werden können. Diese sogenannten Olefinöle trocknen als solche sehr schlecht und ergeben wenig wasserfeste Überzüge. Durch Verkochen derselben mit vorgehärteten Weichharzen der obigen Zusammensetzung entstehen dagegen Kondensationsprodukte, welche mit Benzin verdünnt werden können, sehr rasch trocknen und harte glänzende, gut wasserfeste Überzüge liefern. Am besten hat sich die Ausführungsform bewährt, daß man die Weichharze zunächst als solche bis zu einem Erweichungspunkt von etwa 9o bis 12o° härtet und dann das Verkochen mit den trocknenden Ölen bei 200 .bis 32o° vornimmt.
  • Die Härtung der Weichharze dürfte darauf zurückzuführen sein, daß in der ersten Stufe die reaktionsfähigen Äther- bzw. Acetalgruppen mit den aromatischen Kernen in Reaktion treten, wobei auch Kondensation an solchen Stellen eintritt, die üblicherweise gegenüber Formaldehyd nicht reaktionsfähig sind. Bei der Reaktion tritt neben Wasser auch Formaldehyd aus, welches seinerseits zum Teil zusätzlich härtend wirkt. Die Teilnahme des frei werdenden Forrrialdehyds an der Härtungsreaktion kann dadurch begünstigt werden. daß man* im geschlossenen Gefäß arbeitet. Der Chemismus der zweiten Stufe, welche für die Verkochung der vorgehärteten Harze mit trocknenden Ölen, insbesondere mit Olefinölen, verantwortlich ist, konnte bisher nicht geklärt werden.
  • Je nach der Natur der als Ausgangsmaterialien benutzten Weichharze können die verschiedenartigsten Effekte erzielt werden. Geht man beispielsweise von Isopropylxylolformaldehydharzen aus, so erhält man bei der Härtung Hartharze, welche noch benzinlöslich sind. An Stelle der normalen Kondensationsprodukte aus Formaldehyd und aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Xylol, kann man natürlich auch von. solchen Modifizierungsprodukten derselben ausgehen, welche noch reaktionsfähige Gruppen enthalten. Es ist hierbei gleichgültig, ob die Modifizierungsmittel bereits im Laufe der Umsetzung des Formaldehyds mit dem aromatischen Kohlenwasserstoff eingesetzt wurden oder erst nachträglich auf das Formaldehydharz zur Einwirkung kamen.
  • Beispiel i i kg Xylolformaldehydkondensationsprodukt mit io,8 % Sauerstoffgehalt, das bei Zimmertemperatur gerade noch zähflüssig ist, wird mit i g Zinkchlorid, das in etwas Alkohol gelöst ist, versetzt und langsam unter Rühren auf i8o bis 200° erwärmt. Während der Reaktion entweicht Wasser, und etwas Paraformaldehyd schlägt sich im absteigenden Kühler nieder. Es wird so lange kondensiert, bis der Erweichungspunkt von 95' erreicht ist, wozu etwa 4 bis 5 Stunden erforderlich sind. Das Harz stellt eine springharte Masse von der Farbe eines hellen Kolophoniums dar und ist in aromatischen Kohlenwasserstoffen, nicht aber in Benzin löslich. Beispiel e iooo g eines i,3-Dimethyl-4-isopropylbenzolformaldehydkondensationsproduktes, Erweichungspunkt 40°, wird nach Zusatz von i g Zinkchlorid 6 Stunden auf 180 bis 210" erhitzt. Man erhält ein festes Harz vom Erweichungspunkt 8o°, das in Benzin leicht löslich ist.
  • Beispiel 3 Zoo g eines i,3-Dimethyl-4-isopropylbenzolformaldehydkondensationsproduktes, 5 9 Maleinsäureanhydrid und 0,15 g Zinkchlorid werden 4 Stunden auf 210 bis 22o° erhitzt. Man erhält ein helles Harz vom Erweichungspunkt 85°, das in Benzin klar löslich ist.
  • Beispiel 4 Zoo Teile eines der im Handel befindlichen Olefinöle werden mit 8o Teilen eines der oben beschriebenen Kondensationsprodukte 30 Minuten bei 300° verkocht, wobei zweckmäßig unter Rückfluß gearbeitet wird, um zu hohe Verluste an niedrigsiedenden Bestandteilen des Olefinöles zu vermeiden. Der entstehende Sud ist in Lackbenzin, dem vorteilhaft etwa 5 % an Xylol zugesetzt werden, klar löslich und ergibt, zweckmäßig unter Mitverwendung eines Zn O-haltigen Pigmentes, rasch trocknende, harte und gut wasserfeste Lacküberzüge.
  • Beispiel s Zoo Teile eines der im Handel befindlichen Olefinöle werden mit 6o Teilen eines zähflüssigen Kondensationsproduktes aus Xylol und Formaldehyd sowie mit o,o6 Teilen wasserfreien Zinkchlorids versetzt und langsam auf zoo bis 22o°'unter Rühren erhitzt. Nach Beendigung des Schäumens wird die Temperatur etwa 1o Minuten auf 300° gehalten. Nach dem Abkühlen läßt sich der Sud wie nach Beispiel 1 weiterverarbeiten.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Härtung der durch Umsetzung von Formaldehyd mit aromatischen Kohlenwasserstoffen bzw. deren Substitutionsprodukten in Gegenwart von starken Säuren erhältlichen Weichharze bzw. ihrer noch reaktionsfähigen Modifizierungsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß man diese in Gegenwart von geringen Mengen von Zink- oder Kadmiumsalzen starker Säuren auf höhere Temperaturen erhitzt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Härtung in zwei Stufen durchführt, wobei die letzte Stufe in Gegenwart von trocknenden Ölen, vorzugsweise von sog. Olefinölen stattfindet.
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