DE1901876A1 - Di(epoxyalkyl)ester von Bicyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsaeuren und deren Verwendung - Google Patents
Di(epoxyalkyl)ester von Bicyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsaeuren und deren VerwendungInfo
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Description
betreffend
Di(epoxyalkyl)ester von Bicyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäuren
und deren Verwendung
Die Erfindung betrifft eine neue Gruppe von Di(epoxyalkyl)· estern.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung der neuen Di(epoxyalkyl)ester zur Herstellung harter Kunstharze mit Hilfe
eines Härtungsmittels für Epoxidharze und die so erhaltenen gehärteten Kunstharze.
Epoxyalkylester von Dicarbonsäuren, wie Tetrahydrophthalsäure,
Hexahydrophthalsäure und Bicyclo(2,2,1)-5-hepten-2,3-dicarbonsäure
v/urden bereits zur Herstellung gehärteter Kunstharze
verwendet, insbesondere bei Anwendungen, bei denen eine überlegene Stabilität der Harze unter Aussenbedingungen erwünscht
war. Diese gehärteten Harze können durch Härten der genannten Ester ;ait einen Härtungsmit bei erhalten v/erden.
Die gehärteten Harznassen, die durch Härten der Epoxyalkylester der genannten Dicarbonsäuren erhalten wurden, beispielsweise
mit Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel, zeigen
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eine gute Festigkeit gegen Chemikalien. Je nach den Epoxyalkylestern,
von denen die gehärteten Harze abgeleitet sind, lassen jedoch die Erweichungspunkte und/oder die Barcolhärte und/oder
die Festigkeit gegenüber atmosphärischen Einflüssen an der freien Luft (die sogenannte Aussenstabilitä-t) und/oder die
Schlagfestigkeit zu "wünschen übrig.
Es wurde gefunden, dass gehärte harzartige Stoffe mit hervorragender
Aussenstabilität und verbesserter Härte, günstigeren Erweichungspunkten und besserer Schlagfestigkeit erhalten"
werden können, wenn als Epoxidverbindung eine neue Gruppe von Diepoxyalkylestern verwendet wird.
Gegenstand der Erfindung sind neue Di(epoxyalkyj)ester von
Bicyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäuren der allgemeinen Formel
Rr - C
II -JJ
.G.
"C
O ι·
C-O-R1
c -
O-R
10
in der R., R2, R-,-, R1, Rn-, Rg>
?<-n und Rg jeweils ein '//asser-
2 g g
stoffatom oder eine Alkylgruppe mit höchstens 9 Kohlenstoffatomen und Rn und R10 jeweils eine 2,3-Spoxyalkylgruppe mit 3
bis 9 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Jedes Kohlenstoffatom im Bicyclo(2,2,1)heptan-Ringsystern
der Di(epoxyal:-c;/l)ester kann mit .einer'Alkylgruppe- mit bis zu
9_ Kohlenstoff atomen substituiert sein, beispielsv;eise einer
lie thy !gruppe, wobei Verbindungen, mit einer Methylgruppe je
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Molekül "bevorzugt sind. Di(epoxyalkyl)ester der genannten Formel,
in der E1, R2, R5, R,, R-, Rg, R7 und RQ ein Wasserstoffatom
oder eine Methylgruppe "bedeuten, sind "bevorzugt. Ester, bei
denen eine der Gruppen R1, R2, R·*» R/j Rc, R^j R7 oder Rg eine
Alkylgruppe und die anderen Wasserstoff atome "bedeuten, sind "besonders
"bevorzugt.
Die Gruppen Rc und R10 enthalten 3 "bis 9 Kohlenstoff atome
und ein Spoxid-Sauerstoffatcm in 2,3-3tellung, wobei die 2,3-Epoxypropylgruppe
bevorzugt ist.
Die am meisten bevorzugten Ester der Gruppe der neuen Verbindungen,
die erfindungsgemäss besonders zur Herstellung gehärteter Harze geeignet sind, sind die Di(2,3-epoxypropyl)ester
der Bicyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäure und die Di(2,3-epoxypropyl}ester
von IIethylbicyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäuren.
Die neuen Di(epoxyallcyl)ester können durch Umsetzen der
entsprechenden Garbensäuren mit einem 1-0hlor-2,3-epoxyalkan
mit 3 bis 9 Kohlenstoffatomen je Molekül, vorzugsweise mit
Epichlorhydrin hergestellt v/erden, wobei eine alkalische Verbindung
vor, während oder nach der Umsetzung der Dicarbor.säure mit dem 1-Chlor-2,3-epoxyall:an zugefügt wird. Z.B. können 2,3-Spoxypropylester
durch Umsetzen eines Alkalimetallsalzes, z.B. des IJinatriumsalses der "betreffenden Dicarbonsäure mit i]pichlorhydrin
oder durch Umsetzen der Dicarbonsäure mit Epichlorhydrin und anschliesceiiäer Dehydrohalogenierung des als Zwischenprodukt
erhaltenen Ghlcrhydrinesters mit Alkalihydroxid erhalten
werden.
Die Säui"er:, von denen die erfindungsgenässen Ester abgeleitet
sind, Iicnnen durch Hydrieren von substituierten oder unsubstituierteii
21cyeio(2,2,1 )-5-hepten-2,3-dicarbonsäuren oder
deren Salze erhalten werden. Diese Säuren oder Salze können durch Hydrolyse der entsprecheilden ungesättigten Anhydride er-"
halten werden, die leicht durch Umsetzen von einem substituierten
oder imsucstituierten Cyclopentadien mit Ilaleinsäureaniiyclrid
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oder alkylsubstituierten Maleinsäureanhydriden, wie Citraconsäureanhydrid,
zugänglich sind.
Die neuen Di(epoxyalkyl)ester von Carbonsäuren gemäss der
Erfindung können auch durch Hydrieren von Di(epoxyalkyl)estern (z.B. dem Di(2,3-epoxypropyl)ester) von substituierten oder
unsubstituierten Bicyclo(2,2,1)-5-hepten-2,3-dicarbonsäuren
hergestellt v/erden, wobei diese Ester durch Umsetzen von substituierten
oder unsubstituierten 3icyclo(2,2,1)-5-hepten-2,3-dicarbonsäuren
oder deren Derivaten mit einem i-Chlor-2,3-ep- · oxyalkan erhalten werden können. Z.B. kann der Di(2,3-epoxy-
^ propyl)ester der Bicyclo(2,2,1)-5-hepten-2,3-dicarbonsäure
durch Umsetzen eines Alkalisalzes (z.B. des latriumsalzes) der
Säure mit Epichlorhydrin erhalten werden.
Die neuen Di(epoxyalkyl)ester gemäss der Erfindung können
auch hergestellt werden durch Umsetzen von substituierten oder unsubstituierten Cyclopentadienen mit Di(epoxyalkyl)estern von
substituierter oder unsubstituierter Haieinsäure und anschliessendem
Hydrieren der erhaltenen Epoxyalkylester einer Bicyclo-(2,2,1 )-5-hepten-2, 3-dicarbonsäure .
Die neuen Epoxyalkylester können als gereinigte Bodenprodukte verwendet werden, wie sie nach den genannten Herstellungs-"
verfahren anfallen. Während der Herstellung tritt gewöhnlich teilweise eine Polyaddition und/oder Polykondensation auf, wodurch
polymerisierte Ester anwesend sind, oder es kann eine Hydrolyse der G-lycidylgruppen auftreten, wodurch G-lycerylestergruppen
im Produkt vorliegen können. Auch können kleine Kengen Chlorhydrinester, wie es gewöhnlich der I?all ist, im Reaktionsprodukt zurückbleiben.
Die Gegenwart derartiger Nebenprodukte ergibt einen geringeren
Wert der Syo;;ydäc[uivalenz je 100 g, beeinträchtigt aber
im allgemeinen nicht die Brauchbarkeit der neuen Epoxyalkylester zur Herstellung von Kunstharzen mit überlegenen Eigenschaften.
Die genannte Definition der neuen Epoxyalkylester
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umfasst daher auch Reaktionsprodukte, die Verunreinigungen der
genannten Art enthalten.
Die neuen Di (epjaxy alkyl)ester können zu gehärteten Harzen
mit Hilfe eines Härtungsmittels entweder allein oder im Gemisch mit anderen Epoxidverbindungen umgewandelt werden.
Die Mengaaanderer Verbindungen, wie anderer Di- und/oder
Polyepoxide, die in solchen Kunstiiarz-^ormaassen vorliegen
können, müssen unterhalb einer bestimmten Grenze gehalten werden,
wobei diese Grenze von der Struktur der anderen Verbindung gen abhängt, da die überlegenen !Eigenschaften der gehärteten
Kunstharze nach dem Härten durch die Gegenwart anderer Verbindungen als der neuen Epoxyalkyiester genäss der Erfindung nicht
beeinträchtigt werden dürfen.
Beispiele für andere Di- oder Polyepoxidverbindungen, die in den Kunstharzmassen vorliegen Izömien, sind Ester, die' Epoxidgruppen
enthalten und/oder .ather, die Epoxidgruppen enthalten
und/oder Kohlenwasserstoffe, die Spoxidgruppen enthalten.
Beispiele von epoxidgruppenl: alt igen Estern sind Di(2,3-epoxypropyl)ester
von Phthalsäure, Terephthalsäure, Tetrahydrophthalsäure, Hexahydro phthalsäure, (2,2,1')-5-Hepten-2, 3-dicarbonsaure
oder Di- oder Poly(2,3-epo:-:ypropyl) ester von polymerisieren
ungesättigten Fettsäuren. Andere Beispiele von Estern, die Epoxidgruppen enthalten, sind die 3,4-Epoxy-6-methylcyclohexyl-nethylester
der ^,^-Epoxy-G-methylcycloIiexancarbonsäure,
der 3,4-Epoxy-6-neth7lcyclohexylester der 3,4-Epoxycyclohexancarbonsäure
und der Di(3»4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)ester
der Adipinsäure. Beispiel· von Äthera, die Epoxidgruppen enthalten, sind Pcl'-glycidyläther von mthrwertigen
Phenolen, wie 2,2-Bis(4-hydroxyp]3*nyl)prop»n oder von
mehrwertigen Alkoholen, wie AtliyLenglylcol, Glycerin, Triaethylolpropan
und Pentaerythrit. Kohlenwasserstoff·, die Epoxidgruppen enthalten, sind z.B. epoxidiert© aliphatische ungesättigte
Kohlenwasserstoffe, wie epoxidierte Polybutadiene und
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epoxidierte ungesättigte cycloaliphatische Yerbindungen, wie
Dicyclopentadiendiepoxid und Vinyleyclohexen-diepoxid.
Härtungsmittel, die zur Überführung der neuen Di(epoxyalkyl)ester
oder von Formmassen, die diese Ester enthalten, in
gehärtete Kunstharz-Fcrmmassen geeignet sind, sind z.B. Aminoverbindungen,
wie Polyamine, mehrbasische Carbonsäuren oder deren Anhydride und Gemische von Polycarbonsäureanhydriden mit
Polyolen und Polymerkaptanen. Anhydride von zweibasisehen Carbonsäuren,
wie Phthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, !Detrahydrophthalsäureanhydrid,
Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Methylbicyclo(2,2,1)-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid,
Bicyclo(2,2,1)-5-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid,
Methylbicyclo(2,2,1)-hepten-2,3-dicarbonsäureanhydrid und Bicyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäureanhydrid
sind besonders brauchbar.
Die verwendete Härtungsmittelmenge schwankt je nach der
Art des gewählten Härtungsmittels. Polyamine, Polycarbonsäuren und Polycyrbonsäureanhydride werden vorzugsweise in äquivalenten
Mengen von 0,6 bis 1,5 Äquivalenten verwendet, wobei ein
Äquivalent ausreicht, ein aktives Wasserstoffatom oder eine Carbonsäuregruppe oder eine Anhydridgruppe für die Umsetzung
mit jeweils einer Epoxidgruppe vorzusehen.
Wenn ein Polycarbonsäureanhydrid als Härtungsnittel verwendet
wird, ist der Zusatz eines Härtungsbeschleunigers empfehlenswert. Tertiäre Amine sind sehr geeignet dafür und
flWIethylbenzyldimetbylamin iat besondere bevorzugt. Die Menge
an Beschleuniger kann zwischen weiten Grenzen schwanken, wobei
Mengen «wischtη 0,1 und 1,0 Gew.-Ji, berechnet auf die anwesenden Epoxyverbindungen, beyoraujt sind.
Die Härtung kann bei Umgebungstemperatur durchgeführt wer
den, wenn aliphatische Polyamine als Härtungamittel verwendet
werden. Andere Härtungsmittel erfordern gewöhnlich erhöhte
1*1937/1521
Temperaturen, damit eine vollständige Härtung bewirkt wird. Beispielsweise
ist der Temperaturbereich bei Polycarbonsäureanhydriden
bei der Härtung von 50 bis 25O0G, vorzugsweise zwischen
100 und 2000C.
Verschiedene Zusätze, wie Veichnacher, Stabilisatoren, Pigmente
und Streckmittel, wie Öle, Harze, Teer, Peche und Petroleumdestillate und-rückstände können verwendet v/erden und das
Härten kann in Gegenwart dieser Zusätze durchgeführt werden.
Die neuen Spoxyalkylester können, zur Herstellung gehärteter
Produkte für verschiedene Aiiwendungszvecke verwendet werden, ζ.Ξ.
zur Herstellung von Beschichtungen, icrnkörpern, Gießlingen,
Laminaten, für Inprägnier- und Acaiciitungsriassen, zur Herstellung
von Schaumstoffen, zur Verwendung in Klebstoffen und dgl.
Die demgemäss hergestellten gehärteten Kunstharze sind besonders
geeignet für elektrische Isola~ionszwecke. Sie können sehr vorteilhaft zur Isolierung von Hc ciis pannungs ge rät en verwendet
v/erden und sind sehr geeignet für Aussenisolatoren für elektrische Kochspannungsleitungen.
Herstellung des . 2i(2,3-epoxypropyl)esters. der Bicyclc(2,2, \,
heptan-2,3-dicarbonsäure.
Zu einer gerührten Suspension von 98 g (1 Hol) I-Iale insäur eanhydridin
Benzol (500 g) wurden allmählich 66 g (1 Hol) Cyclopentadien
bei einer Temperatur vor. 8 eis 100C zugesetzt. Das
gebildete Anhydrid der 3icyclo(2,2,1)-5-hepten-2,3-dicarbonsäure
kristallisierte aus und wurde abfiltriert. Die Ausbeute war fast quantitativ.
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Stufe 2:
Dae in Stufe 1 erhaltene Anhydrid wurde durch Kochen mit Wasser
zur freien Säure hydrolysiert und die erhaltene Säure mit Natriumhydroxid neutralisiert.
Das Natriumsalz wurde hydriert, indem eine Lösung von
, wasser
15 Gew.-$> des Salzes in Wasser mit »stoff bei einem Druck
von 1,1 Atm. in Gegenwart von feinverteiltem Platin als Katalysator (0,2 g Platin per Hol Salz) bei Raumtemperatur 12 Std.
hydriert wurde. Das Platin wurde abfiltriert und Bicyclo(2,2,.1 )-heptan-2,3-dicarbonsäure
als Niederschlag in 95 $ Ausbeute durch Ansäuern der Lösung mit Salzsäure ausgefällt. Das Äquivalentgewicht der Säure betrug 95 (theoretisch 92).
Stufe_j5i
Ein Gemisch von 190 g Bicyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäure, '
1850 g Epichlorhydrin und 1,6 g Setraäthylammoniumbromid als
Katalysator wurde 15 Min. unter Rückfluss erhitzt. Allmählich
wurden 240 g einer 48 $-igen Lösung von Kaliumhydroxid in
Wasser während 48 Hin. unter Rückfluss zugegeben, das Wasser durch azeotrope Destillation mit Epichlorhydrin entfernt und
die Wasserschicht abgezogen. ITach Zugabe des Kaliumhydroxids
wurde 15 Min. weiter am Rückfluss erhitzt und Wasser entfernt. Nach dem Abkühlen wurde überschüssiges Epichlorhydrin bei einem
Druck von 15 miu Hg und einer Maximaltemperatür am Boden von
80 C abdestilliert. Anschliessend wurden 450 g Hethylisobutyl-
mehrfach keton zugefügt und die erhaltene Lösung -l· mit Wasser und
mit 10 $S-iger Hatriumsulfatlösung gewaschen. Nach dem Trocknen
über Molekularsieben wurde das Methylisobutylketon abdestil-"
liert und der Ester bei einem Druck von 1 bis 2 mm Hg 1/2 Std. auf 1100O erhitzt, um Lösungsmittelspuren zu entfernen. Der
erhaltene Di(2,3-epoxypropyl)ester von Bicyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäure
(83,5 c/° Ausbeute) hatte ein£ Epoxid-Äquivalentgewicht
von 198 (theoretisch 148) und folgende Eigenschaften:
n^° = 1,502, dgj? = 1,24, Viskosität (Gardner Holdt)
50 Poise bei 24°C, Kp. 188°C/0,23 mm Hg sowie eine Farbe unterhalb
1 nach- Gardner.
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Ein G-ießling wurde hergestellt, indem der Di(2,3-epoxypropyl)ester
von Bicycle^ 2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäure, der
gemäss Beispiel 1 hergestellt wurde, mit soviel Hexahydrophthalsäureanhydrid
(78 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile) vermischt und · gehärtet wurde, dass eine Anhydridgruppe je Epoxidgruppe vorlag,
durch Erhitzen über 16 Std. auf 1400G in Gegenwart von
0,5 Gew,-$, bezogen auf den Epoxypropylester, von oi-Metiiylbensyldimethylamin
als Beschleuniger, Die erhaltenen Gießlinge wurden auf Schlagfestigkeit, Erweichungstemperatur nach Vicat, Barcol-Härte
und Aussenstabilität sowie Glanz geprüft. Die Aussenstabilität
wurde dadurch bestimmt, dass ein weiss pigmentierter Gießling(Pigment : TiOp, Rutil, Verhältnis Pigment/Binder 0,4)
auf dem Dach eines Gebäudes der offenen Luft 6 Monate ausgesetzt wurde. Vor dem Test hatte die Probe einen guten Glanz. Die Versuchsergebnisse
sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Zu Vergleichszwecken wurden Gießlinge aus den Di(2,3-epoxypropyl)estern
von Bicyclo(2,2,1)-5-hepten-2,3-dicarbonsäure,
Tetrah3/drophthalsäure und Hexahydrophthalsäure in gleicher Weise-hergestellt und auf die gleichen Eigenschaften geprüft.
Die Ergebnisse sind ebenfalls in der folgenden Tabelle aufgeführt.
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- ίο -
Gehärtetes Harz aus dem Di(2r3-epoxypropyl)ester
von
Bieyclo- | Bicyclo- | ■Hexa- | Tetra-* | |
(2,2,1)- | (2,2,1)- | hydro- | hydro- | |
heptan- | 5-hepten- | phthäl*- | phthal- | |
2,3-di- | 2,3-di- | saure | säure | |
carijon- | carbon- | |||
saure | saure | |||
Barcol-Härte | 39 " | 35 | 35 ; | ■33 |
Vicat-3rweichungs- | ||||
temperatur, 0C bei | ||||
Eindringtiefe 0,1 mm | 109 | 112 | 105 | . 87 |
0,2 mm | 116 | 120 | 108 | 92 |
0,5 mm | 121 | 126 | 112 | 96 |
1,0 mm | 128 | 138 | 119 | 100 |
Schlagfestigkeit | ||||
(BS Izod, Kerbe)kg/cm2 | 4,6 | 3,7 | 2,5 | 3,1 |
G-lanz nach 6 Honaten | ||||
an der Atmosphäre | ||||
(?» vom ursprüngl.Glanz | ) 100 | 30 | 100 | 60. |
ψ Die Ergebnisse zeigen, dass "die G-iei31inge aus den neuen
Dicarbonsäureestem gemäss der !Erfindung überlegene Eigenschaften
besitzen, *
Patentansprüche
909837/1521
Claims (1)
- Pat en tansprüche1. Di(epoxyalkyl)ester von Bicyclo(2,2,1 )heptan-2,3-dicarbonsäuren der allgemeinen Formel-.CH -C
Cv
CO
Il
- G-O- Ε9 C-R1 C
G
ι- G
O-O- E1 1 1 in der R1, R2, R-, R-, R^, Rg, R^ und RQ jeweils ein Wasserst of fat on oder eine Alkylgruppe mit höchstens 9 Kohlenstoffatomen bedeutet und Rq und R10 jeweils eine 2,3-Bpoxyalkylgruppe mit 3 bis 9 Kohlenstoffatomen sind.2, Di(epoxyall:yl)ester nach Anspruch 1, in denen die Alkylgruppe eine Z-Ie thy !gruppe ist.3· Di(epoxyalkyl)ester nach Anspruch 2, in deren allgemeiner Formel eine der G-ruppen R1, R2, R-, R,, Er, Rg, Ry und Rg eine Methylgruppe bedeutet und die verbleibenden G-ruppen Viasserstoff atome sind.4. Di(epoxyalkjrl)ester nach Anspruch 1 bis 3, in deren allgemeiner. Formel Hg und R.JQ 2,3-Epoxypropylgruppen sind.5. Der Di(2,3-epoxypropyl)ester der 3icyclo(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäure.909837/1521-i-Al6. Verwendung der Di(, 2,3-epoxyal]grl)ester einer Bicyclo-(2,2,1)heptan-2,3-dicarbonsäure nach Anspruch 1 bis 5, zusammen mit einem Härtungsmittel für Epoxidharze zur Herstellung von Kunstharzen«78XXVI909837/1521
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