DE2105289B2 - - Google Patents

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DE2105289B2
DE2105289B2 DE2105289A DE2105289A DE2105289B2 DE 2105289 B2 DE2105289 B2 DE 2105289B2 DE 2105289 A DE2105289 A DE 2105289A DE 2105289 A DE2105289 A DE 2105289A DE 2105289 B2 DE2105289 B2 DE 2105289B2
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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
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/02Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule
    • C08G59/04Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule of polyhydroxy compounds with epihalohydrins or precursors thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D303/00Compounds containing three-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D303/02Compounds containing oxirane rings
    • C07D303/12Compounds containing oxirane rings with hydrocarbon radicals, substituted by singly or doubly bound oxygen atoms
    • C07D303/18Compounds containing oxirane rings with hydrocarbon radicals, substituted by singly or doubly bound oxygen atoms by etherified hydroxyl radicals
    • C07D303/20Ethers with hydroxy compounds containing no oxirane rings
    • C07D303/24Ethers with hydroxy compounds containing no oxirane rings with polyhydroxy compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
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    • C08G59/24Di-epoxy compounds carbocyclic

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Description

> -CH2 -CH-CH
I2Cl _
CH2-CH — CH2
CH2Cl
CH2-CH-OJ-CH2-CH — CH2
OH
2. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe in an sich bekannter Weise Epichlorhydriü in Gegenwart von Bortrifluorid-Ätherat mit einem Gemisch isomerer Cyclododecandiole der Formel
,OH
Es ist bekannt, daß durch Einwirkung von Epichlorhydrin oder Dihalogenhydrinen auf ein- oder mehrkerniges Bis- bzw. Polyphenole, insbesondere auf solche vom Typ des ρ,ρ'-Dihydroxydiphenyldimethylmethans, in Gegenwart von Alkali technisch wertvolle Kondensationsprodukte entstehen, die im Molekül mehr als eine Epoxygruppe enthalten und durch Zusatz basischer, saurer oder katalytischer Härtungsmittel in der Kälte oder Wärme gehärtet werden kön- nen. Im gehärteten Zustand stellen diese Verbindungen unschmelzbare und unlösliche Kunstharze dar, die sich auf Grund ihrer Eigenschaften besonders als Gießoder Imprägnierharze in der Elektroindustrie als Kleber und als Schutzüberzüge eignen.
Wesentliche Nachteile dieser Glycidyläther auf der Basis von Polyphenolen sind für die Anwendung auf dem Elektroisoliergebiet die beschränkte Kriechstrom- und Lichtbogenfertigkeit und für den Oberflächenschutzsektor die schlechte UV-Stabilität, die sich durch Auskreiden und Vergilben unangenehm bemerkbar macht Man hat daher schon versucht diese Nachteile durch Verwendung nichtphenolischer, Epoxydgruppen enthaltender Verbindungen, wie z. B. von cycloaliphatischen Glycidylestern, oder von Ver-
bindungen, die durch Epoxydation cycloolefinischer Ringsysteme oder aliphatischer Olefine mittels Persäure erhalten worden sind, zu vermeiden. Diese Verbindungen weisen zwar nicht die vorgenannten Nachteile auf, doch sind sie für viele technische An wendüngen zu teuer. Weiterhin werden auch Diglycidyläther von aliphatischen und cycloaliphatischen PoIyolen gebraucht, doch besitzen derartige Verbindungen nach der Durchhärtung mit geeigneten Härtungsmitteln für die meisten Anwendungen eine zu geringe Wärmeformbeständigkeit.
Gegenstand der Erfindung sind daher cycloaliphatische Glycidyläther der Formeln
45
umgesetzt wird und in einer zweiten Stufe der (die) gebildeten) Chlorhydrinäther in üblicher Weise mit wäßrigem Alkali dehydrochloriert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial ein Gemisch der isomeren Cyclododecanole verwendet, welches bei der Herstellung eines Cyclododecanon/Cyclododecanolhaltigen Gemisches durch Luftoxydation von Cyclododecan erhalten worden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Ausgangsgemisch der isomeren Cyclododecandiole 95 bis 100%ig (Gewicht) ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft neue härtbare cycloaliphatische Glycidyläther und ein Verfahren zu deren Herstellung.
r-i Γ ^f
0-CH2-CH — CH2
— CH2 — CH — CH2
O
ι ι Ο
/ \
Ο CH2 CH CH2
CH,C1
O
j-| .0-CH2-CH-Oj-CH2-CH — CH2
LJ^O-CH,
CH2Cl
^" J
CH2Cl
[^ JsJ-O-CH2-CH-Oj
2 — CH2
O
CH2-CH — CH2
U \
OH
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Das Verfahren zur Herstellung der neuen Glycidyläther ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe in an sich bekannter Weise Epichlorhydrin in Gegenwart von Bortrifluorid-Ätherat mit einem Gemisch isomerer Cyclododecandiole der Formel
OH
umgesetzt wird und in einer zweiten Stufe der (die) gebildeten) Chlorhydrinäther in üblicher Weise mit wäßrigem Alkali dehydrochloriert werden.
Der Gehalt an Cyclododecandiolen soll dabei vorteilhaft 95 bis 100%ig sein.
Mit Vorteil verwendet man hierbei solche Gemische isomerer Cyclododecanole, welche bei der Luft-Oxydation von Cyclododecan als Nebenprodukt anfallen.
Mit Vorteil ersetzt man in der ersten Stufe in an sich bekannter Weise Epichlorhydrin in Gegenwart von BF3-Ätherat mit einem Gemisch isomerer Cyclododecandiole der Formel
.OH
um und dehydroehloriert das erhaltene Umsetzungsprodukt (Chlorhydrinäther) in der zweiten Stufe in üblicher Weise mit wäßrigem Alkali gemäß folgendem Reaktionsschema:
Stufe
OH
CH2 CH-CH2Cl
BF3-Ätherat
γ ΐί
OH
I —CH2-CH-CH2Cl
CH1 CH CHSC,
OH
OH °—CH2-CK-CH2Cl
CH2Cl OH
—CH2-CH-O-CH2-Ch-CH2CI
-CH2-CH ι—CH—CH2CI
CH2 OH
CH3 OH
—0—CH2
,Cl
,Cl
0-CH2-CH-O-CH2-Ch-CH2CI
OH
Stufe
+ 2NaOH
0-CH2-CH — CH2
0^CH2-CH — CH2
O
+2NaCl+ 2H2O
CH2Cl
+2NaOH
Ο—CH2-CH-O-CH2-CH — CH2
0-CH2-CH-O-CH2-CH -CH2
CH2Cl 0
CH2Cl O
+ 2NaOH ΓΊ I / \ - Γ ^0-CH1-CH-O-CH2-CH CH2
Bezogen auf die Ausgangsmaterialien werden bei einer Ausbeute von 95 bis 100% ohne zusätzliche Reinigung Umsätze von etwa 72 bis 75%. bezogen auf den reinen Diglycidyläther, erhalten, woraus zu ersehen ist, daß die Reaktion bevorzugt gemäß den Formulierungen 1 und 5 verläuft. Die so erhaltenen cycloaliphatischen Glycidyläther sind farblose, bei Raumtemperatur leicht viskose Flüssigkeiten mit einem Viskositätsbereich von 700 bis 850 Centipoise bei 25° C und einem Epoxydgruppengehalt von 0,46 bis 0,48 pro 100 g Produkt. Bei der Verarbeitung und Härtung mit den für Epoxydharzen üblichen Härtungsmitteln verhalten sich die ernndungsgemäßen cycloaliphatischen Glycidyläther analog den konventionellen Glycidyläthern auf der Basis von PoIyphenolen, und es werden Produkte mit sehr guten mechanischen Eigenschaften und ausgezeichneter Kriechstrom- und Lichtbogenfestigkeit und UV-Stabilität erhalten.
Das für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Gemisch isomerer Cyclododecandiole wird bei der Herstellung von Cyclododecanon/Cyclododecanol durch Luftoxydation von Cyclododecan gewonnen. Dabei wird das Oxydationsgemisch des Cyclododecane nach üblicher Weise durch Destillation vom Cyclododecanol/'On-Gemisch abgetrennt. Der zurückbleibende Rückstand wird bei möglichst hohem Vakuum weiterdestilliert und von den Harzen und nichtflüchtigen Produkten abgetrennt. Das so erhaltene Rohdestillat wird in einer Fraktionierkolonne getrennt, wobei die Hauptfraktion bei 20 Torr zwischen 190 und 2200C aufgefangen wird. Dieses Produkt, das für die Herstellung der beanspruchten neuen härtbaren Glycidyläther eingesetzt wird, besteht aus dem Gemisch der isomeren Cyclododecandiole und weist vorteilhafterweise einen Gehalt an Diol von 95 bis 100% auf. Das auf diese Weise gewonnene Material stellt gegenüber den bisher verwendeten aliphatischen und cycloaliphatischen Diolen ein außerordentlich billiges Ausgangsprodukt für die Herstellung von Epoxydharzen dar, die überraschenderweise trotz der komplexen isomeren Verteilung hervorragende mechanische und elektrische Eigenschaften sowie eine ausgezeichnete Witterungs- und UV-Stabilität aufweisen.
Zur Herstellung höhermolekularer Harze als Bindemittel für Oberflächenschutzmittel können die erfindungsgemäßen isomeren cycloaliphatischen Glycidyläther mit Bisphenolen, Amiden oder Dicarbonsäuren oder deren Anhydriden in stöchiometrischen Verhältnissen umgesetzt v/erden. Zur Erhaltung der
hervorragenden UV-Stabilität verwendet man vorzugsweise Dicarbonsäuren oder deren Anhydride. Die Härtung der höhermolekularen Glycidyläther kann mit den für die Härtung von Epoxydharzlacken üblichen Härtungsmitteln, durch Kombination mit
Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, Melaminharzen oder
Acrylharzen und nachfolgendes Einbrennen oder
nach Veresterung mit ungesättigten lufttrocknenden
Fettsäuren durch oxydative Trocknung erfolgen.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen isomeren cycloaliphatischen Glycidyläther in beliebigen Verhältnissen mit herkömmlichen Epoxydharzen gemischt werden, wobei die Zusammensetzung dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden kann. Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren.
Beispiel
In einem Reaktionsgefäß, ausgestattet mit einem
Rührer, einem Rückflußkühler, einem Thermometer und einem Tropftrichter, werden 200 Gewichtsteile (1 Mol) eines Gemisches aus isomeren Cyclododecandiolen, wie es bei der Luftoxydation vonJTyclododecan zu Cyclododecanoty-on erhalten wird, vgl. die schwei-
zerische Patentschrift 510 599, in 400 Gewichtsteilen Benzol durch Erwärmen auf etwa 80° C gelöst und mit 1 ml BF3-Ätherat (48%ig) versetzt. Bei der gleichen Temperatur werden nun unter intensivem Rühren innerhalb von 70 Minuten 180 Gewichtsteile (2 Mol) Epichlorhydrin eingetragen. Das Reaktionsgemisch wird nach Beendigung der Epichlorhydrinzugabe noch weitere 30 Minuten bei 800C gerührt. Nach Neutralisation des Katalysators mit Natronlauge wird das Benzol abdestilliert und der Rückstand bei 60° C mit 400 Gewichtsteilen (2,2 Mol) einer 22%igen wäßrigen Natronlauge versetzt. Das heterogene Gemisch wird dann unter intensivem Rühren auf 1050C erwärmt und 1 Stunde bei dieser Temperatur gerührt. Nach Abstellen des Rührers bilden sich sofort zwei Phasen.
Die untere wäßrige Schicht, bestehend aus einer gesättigten Kochsalzlösung und dem überschüssigen Alkali, wird abgetrennt. Anschließend wird das in der organischen Schicht noch enthaltene Alkali mit l'O%iger Schwefelsäure bis zum pH-Wert von 7 neutralisiert, das restliche enthaltene Wasser im Vakuum entfernt und der Rückstand bei etwa 5O0C über ein Filterhilfsmittel filtriert. Es werden 295 bis 312 Gewichtsteile, entsprechend einer Ausbeute von 95 bis
100%, isomeres Glycidyläther-Gemisch mit den nach- Epoxydäquivalent , 210 bis 216
folgenden Eigenschaften erhalten: Spez. Gewicht bei 2O0C 1,081
Viskosität bei 25° C . 700 bis 850 Centipoise
Epoxydzahl 0,462 bis 0,475 Farbzahl nach Gardner <1
(entsprechend 5 Gesamtchlorgehalt < 5% (Gewicht)
12 bis 74% der Theo- Hydrolysierbares Chlor < 0,3% (Gewicht)
rie, bezogen auf den Wassergehalt <0,3% (Gewicht)
reinen Diglycidyl-
äther) Anzahl Epoxydgruppen pro 100 g Produkt.
Mechanische und elektrische Eigenschaften des erfindungsgemäßen isomeren Glycidyläther-Gemisches mit verschiedenen Härtungsmitteln nach der Durchhärtung.
Harz gemäß Harz gemäß Harz gemäß Harz gemäß Harz gemäß
Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel
Härter MNA*) MNA PSA**) PSA TETA***)
Harz/Härterverhältnis in 100:83,5 100:83,5 100:69 100:69 100:11,4
Gewichtsteilen
Füllstoffe 300 Teile 300 Teile
Quarzmehl Quarzmehl
Verarbeitungstemperatur 80° C 80°C 120° C 120° C R.T.
Verarbeitungszeit 70 Min. 90 Min. 24O*Min. 240 Min. 77 Min.
Zugfestigkeit(VSM77 101),
kp/cm2
720 690 820 700 680
Bruchbiegefestigkeit, 840 820 930 1040 1130
(DIN 53 452), kp/cm2
Schlagzähigkeit 20 7 19 10 12
(DIN 53 453), cmkp/cm2
Shore-Härte D bei 20°C 87 94 87 93 86
Ε-Modul (aus der Durch 29,5 · 10' 88,5 · 103 28 · 10' 90,5 · 103 28 · 10'
biegung bei 4 mm berech
net), kp/cm2
ReI. Dielektrizitätskonstante 3,0 3,6 3,3 3,6 3,0
bei 50 Hz
Dielektrischer Verlustfaktor 0,3 · KT2 !,6 · 10~2 0,4 · 10"2 1$ 10~2 0,9 · 10"2
tg Λ bei 20°C
50Hz
10 000 Hz 0,6· 10'2 0,9 · I0"2 0,6 · 10 ~2 0,9 · HT2 1,7· 10 -2
Spezif. Durchgangswider 4,3 ■ 1012 4,1 · 1012 3,2 · 1012 4,2 ■ 1012 3,5 · 1012
stand bei 1000 V, <i · cm
(Fortsetzung)
Harz gemäß Harz gemäß Harz gemäß Harz gemäß Harz gemäß Vergleichs
Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel versuch
Kriechstromfestigkeit Stufe Stufe Stufe Stufe Stufe Stufe
(VDE 0303/1) KA3c KA 3c KA 3c KA3c KA3c KA3a
(•KAI)
Lichtbogenfestigkeit L4 L4 L4 L4 L4 Ll*
(VDE 0303/5)
Durchschlagsspannung 220 235 215 215 230
kV/cm
(Spannungssteigerung
2 kV/Sek.)
*) Methylnadicsäureanhydrid. ··) Phthalsäureanhydrid. ***) Triäthylentetramm.
3839
2 !05 289
Aus der Tabelle ist zu ersehen, daß durch Härtung des erfindungsgemäßen Gemisches isomerer Glycidyl» äther mit für Epoxydharze üblichen Hürtungsrnitteln, Wie Methylnadicsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid und/oder Triäthylentetfamin, neben guten mechanischen Eigenschaften ausgezeichnete elektrische Eigenschaften erhalten werden, insbesondere sind ihre Lichtbogen- und Kriechwegfestigkeit denjenigen der konventionellen Epoxydharze, z. B. auf der Basis von Epichlorhydrin und ρ,ρ'-Dihydroxydiphenyldimethylmethan, überlegen. Es wurde ein Harz aus p,p'-Di hydroxydiphenyldimethylmethan und Epichlorhydrin und Phthalsäureanhydrid, bei * noch zusätzlich mit 300 Teilen Quarzmehl vermischt, verwendet.
Die Werte für die bekannten Harze sind somit eindeutig schlechter als diejenigen, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen erzielt werden.
Wird ein höhermolekularer Glycidyläther durch
100 Gewichtsteile des nach dem Beispiel erhaltenett Gemisches isomerer Glycidyläther mit 17 Gewichtsteilen cis-Hexahydrophthalsäure unter Rühren und Luftabschluß auf 13O0C und Zugabe von 0,03 Gewichtsteilen Benzyltrimethylammoniumchlorid sowie nochmaliges Erhitzen auf 1000C und Rühren des Gemisches bei dieser Temperatur hergestellt, so erhöht man nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur ein farbloses Harz mit einem Epoxydgrüppengehalt von 0,201 pro 100 g und einer Säurezahl von Null, das zusammen mit Äthylendiamin als Härtungsmittel ausgezeichnete Schutzüberzüge ergibt, die nach 72stündiger Bestrahlung mit einer UV-Lampe keine Vefgilbung zeigen. Ahnliche Schutzüberzüge, hergestellt aus einem konventionellen Epoxydharz auf der Basis von Epichlorhydrin und ρ,ρ'-Dihydroxydiphenyldimethylmethan unter Verwendung des gleichen Härtungsmittels, zeigen nach der gleichen Beanspruchung eine starke Vergilbung.

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    ί. Cycloaliphatische Glycidyläther der Formeln
    I ~ CH.
  2. 2 CH
    -CH CH2
    CH CH2
    CH2ClI
    1 I
    / \
    0-CH2-CH-Oj-CH2-CH — CH2
DE2105289A 1970-02-06 1971-02-04 Cycloaliphatische Glycidyläther und Verfahren zu deren Herstellung Expired DE2105289C3 (de)

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