NL9201891A

NL9201891A - Werkwijze ter bereiding van melaminederivaten.

Info

Publication number: NL9201891A
Application number: NL9201891A
Authority: NL
Original assignee: Dsm Nv
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1993-03-01

Description

WERKWIJZE TER BEREIDING VAN MELAMINEDERIVATEN

De uitvinding betreft een werkwijze voor de bereiding van melaminederivaten volgens formule I,

ü waarbij ten minste R1 en R2 of R3 en R4 of R5 en R6 tesamen een cyclische groep voorstellen.

Dergelijke verbindingen zijn bekend uit FR-A-2262512 en US-A-3526622. Volgens deze publicaties worden dergelijke melaminederivaten met cyclische alkyl-groepen vervaardigd uit cyaanchloride derivaten.

De bij de reactie vrijkomende chloriden zijn corrosief en het is lastig om het eindprodukt halogeenvrij te krijgen.

De uitvinding voorziet in een oplossing voor dit probleem.

De uitvinding betreft een werkwijze voor de bereiding van melaminederivaten volgens formule I en wordt gekenmerkt doordat melamine met een cyclische amine-verbinding wordt omgezet waarbij de molverhouding amine-verbinding:melamine groter is dan 2:1.

Het is bijzonder onverwacht dat de cyclische amine-derivaten, die een secundair amine hebben, goed met melamine reageren. Willekeurige secundaire amines reageren namelijk niet of nauwelijks met melamine. In EP-A-240867 worden bijvoorbeeld aminoalkylderivaten van melamine vervaardigd; er worden daar echter alleen primaire amines toegepast.

De uitvinding betreft bij voorkeur een werkwijze ter bereiding van melaminederivaten met formule I,

waarbij Rx-R6 onafhankelijk van elkaar H, C1-C18 alkyl, aryl en/of met N en/of O-atomen gesubstitueerde alkyl en/of aryl-groepen voorstellen, waarbij tenminste R1 en R2 of R3 en R4 of R5 en R6 tesamen een cyclische alkylverbinding voorstellen met 4-20 koolstofatomen.

Meer in het bijzonder omvat de cyclische amineverbinding een groep volgens formule II:

II

waarbij n= 0, 1 of 2 waarbij de koolstofatomen desgewenst gesubstitueerd kunnen zijn met een alkylgroep met 1-6 koolstofatomen, een aryl-groep met 6-12 koolstofatomen, of met een cyclische groep met 4-10 koolstof atomen, of onderdeel vormen van een alifatische of aromatische cyclische groep met 4-12 koolstofatomen en waarbij X=0, NR7, CR8 R9, waarbij R7, R8, R9 onafhankelijk van elkaar waterstof of C^-C^ alkyl of aryl voorstellen, welke desgewenst een of meer zuurstof of stikstofatomen bevatten of waarbij R8, OH voorstelt.

Bij voorkeur is X: NR7 of CR8R9.

Als cyclische amineverbinding kunnen alifatische of aromatische verbindingen worden toegepast. Bij voorkeur worden toegepast: morfoline (X=0, n=l), piperidine (X=CH2, n=l), piperazine (X=NH, n=l), N-alkyl-piperazine, pyrrolidine (X=CH2, n=0), alkylpyrrolidine, indoline, imidazolidine (X=NH, n=0) of imidazool.

Het melamine kan een of meer keer met een cyclisch aminederivaat gesubstitueerd zijn.

Bij voorkeur wordt de reactie met een dusdanige overmaat uitgevoerd, dat het melamine gemiddeld meer dan 2 keer gesubstitueerd wordt, meer in het bijzonder zodanig dat gemiddeld meer dan 2,5 cyclische aminogroepen per melaminemolecuul gereageerd hebben.

Indien melamine, wordt gesubstitueerd met bijvoorbeeld piperidine of pyrrolidine wordt een product verkregen dat zeer geschikt is als vlamvertrager in polyolefinen.

Bij voorkeur wordt een verzadigd cyclisch aminederivaat toegepast die amine groepen bevat, omdat dergelijke produkten zeer geschikt zijn, bijvoorbeeld als vlamvertrager in polyamides.

De reactie tussen het cyclische amine en melamine vindt in de regel plaats bij een temperatuur hoger dan 150°C, bij voorkeur hoger dan 170°C. In de regel vindt de reactie plaats bij een temperatuur lager dan 300°C, bij voorkeur lager dan 250°C. Indien een cyclisch amine een kookpunt heeft bij atmosferische druk beneden de gewenste reactietemperatuur wordt de reactie bij voorkeur onder druk uitgevoerd. Geschikte drukken liggen tussen 0,1 en 2 MPa.

Desgewenst kan de reactie in een geschikt oplosmiddel zoals bijvoorbeeld ethyleenglycol plaatsvinden. Toepassing van een oplosmiddel is van voordeel voor het eenvoudig bereiken van een gewenste temperatuur. Bij voorkeur wordt de reactie zonder oplosmiddel uitgevoerd, omdat dan de reactiesnelheid in het algemeen hoger is.

De verhouding cyclische amineverbinding ten opzichte van melamine ligt in de regel bij ten minste 2:1, bij voorkeur meer dan 3:1. Indien een difunctionele cyclische amineverbinding wordt toegepast, zoals bijvoorbeeld piperazine, is de verhouding bij voorkeur hoger dan 4:1. In de regel zal de verhouding kleiner zijn dan 20:1, maar dat is slechts vanwege de economische bedrijfsvoering.

Naast melamine, het cyclische amine en desgewenst een oplosmiddel, wordt in de regel een katalysator toegepast. Als katalysator kan bijvoorbeeld zoutzuur, zwavelzuur, salpeterzuur, fosforzuur, amidsulfonzuur, p-tolueensulfonzuur toegepast worden. Ook kan een ammonium-zout van deze zuren worden toegepast, of bijvoorbeeld Lewiszuren zoals aluminiumchloride, boortrifluoride, zink(IV)chloride en dergelike. Een katalysator wordt in de regel toegepast in een hoeveelheid ten opzichte van melamine van 0,5-4 mol, bij voorkeur 0,1-3 mol.

Het verkregen produkt kan worden gezuiverd door neutraliseren van de katalysator, afdestilleren van overmaat cyclische amineverbinding en eventueel het oplosmiddel of door middel van andere bij de vakman bekende methoden. Het zout kan worden verwijderd door het produkt op te lossen in bijvoorbeeld butanol, het zout af te filtreren en vervolgens het gewenste produkt uit te laten kristalliseren.

De verkregen produkten kunnen worden toegepast als vlamvertrager in polyolefinen, polyamiden, epoxyharsen en dergelijke. Tevens zijn deze produkten zeer geschikt als katalysator van epoxyreacties.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden, zonder daartoe beperkt te zijn.

Voorbeeld I

Melamine, piperazine en NH4C1 werden in een molaire verhouding van 1:4:4 opgesmolten, waarna na een reactie van o 20 hr bij 200°C een mengsel werd verkregen van in hoofdzaak di- en trispiperazinylmelamine. Tijdens de reactie werd stikstof doorgeleid om NH3 af te voeren. Vervolgens werd het produkt bij 100°C geneurtraliseerd met een waterige NaOH oplossing waarna het piperazine en overmaat water werd afgedestilleerd onder vacuum. Door het produkt op te nemen in butanol kon NaCl afgefiltreerd worden, waarna het gewenste produkt door indumpen werd geïsoleerd.

Voorbeeld II

Melamine, piperazine en NH4C1 werden in ethyleen-glycol opgelost bij 180-190°C. De molaire verhouding melamine : piperazine : NH4C1 was 1:4:1. Na 33 hr reactie werd een mengsel verkregen van mono-, di- en tris-piperazinylmelamine in een verhouding 1:3:1. Het produkt werd op dezelfde wijze gezuiverd als bij voorbeeld I aangegeven.

Claims

1. Werkwijze voor de bereiding van melaminederivaten volgens formule I

I waarbij ten minste R1 en R2 of R3 en R4 of R5 en R6 tesamen een cyclische groep voorstellen, met het kenmerk dat melamine met een cyclische amineverbinding wordt omgezet waarbij de molverhouding amineverbinding: melamine groter is dan 2:1.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het melaminederivaat een verbinding is volgens formule I,

I waarbij R1 -R6 onafhankelijk van elkaar Η, ^-ΰ18 alkyl, aryl en/of met N en/of O-atomen gesubstitueerde alkyl en/of arylgroepen voorstellen, waarbij tenminste R1 en R2 of R3 en R4 of R5 en R6 tesamen een cyclische alkylverbinding voorstellen met 4-20 koolstofatomen.

3. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2 met het kenmerk, dat als cyclische amineverbinding een verbinding is/omvat volgens formule II

II waarbij n= O, 1 of 2 waarbij de koolstofatomen desgewenst gesubstitueerd kan zijn met een alkylgroep met 1-6 koolstofatomen een arylgroep met 6-12 koolstofatomen, of met een cyclische groep met 4-10 koolwaterstofatomen, of onderdeel vormen van een alifatische of aromatische cyclische groep met 4-12 koolstofatomen, en waarbij X=0, NR7, CR8R9, waarbij R7, R8, R9 onafhankelijk van elkaar waterstof of C1-C12 alkyl of aryl voorstellen, welke desgewenst een of meer zuurstof of stikstofatomen bevatten of waarbij R8, OH voorstelt.

4. Werkwijze volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat X NR7 of CR8R9 voorstelt.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4 met het kenmerk, dat tijdens de reactie tevens een katalysator wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5 met het kenmerk, dat de reactie wordt uitgevoerd bij een temperatuur tussen 150-300°C.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6 met het kenmerk, dat de reactie wordt uitgevoerd bij een druk tussen 0,1 en 2 MPa.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7 met het kenmerk, dat de verhouding cyclische amineverbinding en melamine ligt tussen 3:1 en 20:1.

9. Werkwijze zoals in hoofdzaak is vervat in de beschrijving en de voorbeelden.