DE4026363A1 - 1-(n'-cyanoguanyl)-derivate von n-haltigen fuenfringheterozyklen - Google Patents
1-(n'-cyanoguanyl)-derivate von n-haltigen fuenfringheterozyklenInfo
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- C08G59/686—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the catalysts used containing nitrogen
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind 1-(N′-
Cyanoguanyl)-Derivate von N-haltigen
Fünfringheterozyklen, Verfahren zu ihrer Herstellung
sowie ihre Anwendung bei der Härtung von Epoxidharzen.
Für lagerstabile Epoxidharzgemische werden bekanntermaßen
Urone (Monuron, Diuron, Fenuron etc.) beispielsweise in
Kombination mit Dicyandiamid eingesetzt (vgl.
US 35 62 215 sowie 39 56 237). Nachteilig bei den
Uronen ist die Verwendung von Isocyanaten bei der
Herstellung dieser Produkte sowie die Tatsache, daß beim
Härtevorgang gasförmiges Dimethylamin zum Teil
freigesetzt wird.
Alternativ können Imidazole beispielsweise gemäß der GB-PS
10 50 679 hergestellt werden, doch besitzen sie
nur eine begrenzte Lagerstabilität, was bei vielen
Anwendungen Probleme bereitet.
Um diesem Problem zu begegnen, wurden verschiedene
Imidazol-Derivate beschrieben, wie z. B. Imidazolide
(N-Acylimidazole) (vgl. DE-OS 32 46 072) sowie mit
Isocyanaten blockierte Imidazole. Beide Verbindungstypen
müssen sehr aufwendig durch Umsetzung mit speziellen
Säurechloriden (unter HCl-Freisetzung) bzw. mit
Isocyanaten produziert werden.
Schließlich sind aus der DE-OS 39 19 431 Additive für
hitzehärtbare Epoxidharzmassen bekannt, die Addukte oder
Umsetzungsprodukte von gegebenenfalls substituierten Imidazolen mit
aromatischen Hydroxysäuren wie z. B. Salicylsäure
darstellen. Diese Produkte weisen ebenfalls nur eine
begrenzte Lagerstabilität auf.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe
zugrunde, neue Verbindungen zu entwickeln, die relativ
einfach und kostengünstig herzustellen sind und als
reaktive und lagerstabile Additive für hitzehärtbare
Epoxidharzmassen eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch die
Bereitstellung von 1-(N′-Cyanoguanyl)-Derivaten von N-
haltigen Fünfringheterozyklen der Formel
wobei
X=N, CR₃
Y=N, CR₄
R₁-R₄=H, Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen oder Phenylreste bedeuten.
X=N, CR₃
Y=N, CR₄
R₁-R₄=H, Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen oder Phenylreste bedeuten.
Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß
diese Verbindungen aufgrund ihrer hohen Reaktivität und
guten Lagerstabilität hervorragend als Beschleuniger bei
der Härtung von Epoxidharzmassen eingesetzt werden
können.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen bestehen aus einem
N′-Cyanoguanylrest, wobei dessen N-Atom in einen
Fünfring-Heterozyklus integriert ist. Der Fünfring-
Heterozyklus kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung
entweder ein Imidazol-, ein Pyrrol- oder ein 1,2,4-
Triazol-Ring sein. Der jeweilige Fünfringheterozyklus
kann hierbei völlig unsubstituiert sein (R₁, gegebenenfalls R₂ und
R₄ sowie R₃=H) oder aber je nach Zahl und Art der
Heteroatome noch Substituenten R₁ bis R₄ an den C-Atomen
tragen. Als Substituenten kommen vor allem verzweigte
oder unverzweigte Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen sowie
Phenylreste in Frage. Als besonders bevorzugt sind
hierbei Methyl- oder Ethylreste anzusehen.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen lassen sich einfach
und problemlos durch Umsetzung von Natriumdicyanimid mit
dem entsprechenden Imidazol, Pyrrol oder 1,2,4-Triazol
bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Säuren
herstellen.
Die Umsetzung kann sowohl im Schmelzfluß als auch in
einem geeigneten Lösemittel vorgenommen werden. Als
Lösemittel können im Prinzip alle organischen Lösemittel
eingesetzt werden, in denen die heterozyklische
Komponente eine ausreichende Löslichkeit besitzt. Aus
wirtschaftlichen Gründen hat es sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, die Reaktion in wäßrigem Medium
durchzuführen, weil sich beide Ausgangskomponenten in
Wasser lösen und die Aufarbeitung des Reaktionsproduktes
dann besonders einfach erfolgen kann. Die Konzentration
wird hierbei vorzugsweise auf 5 bis 50 Gew.-% bezogen auf
die beiden Ausgangskomponenten eingestellt.
Die Reaktionstemperatur kann in weiten Grenzen variiert
werden, wobei Temperaturen von 25 bis 100°C, insbesondere
40 bis 80°C, als bevorzugt anzusehen sind.
Für die Umsetzung ist die Zugabe von Säuren erforderlich,
wobei äquimolare Mengen bezogen auf das Natriumdicyanimid
in der Regel ausreichend sind. Als Säuren werden aus
Kostengründen vorzugsweise die üblichen Mineralsäuren wie
z. B. Salzsäure, Schwefelsäure o. ä. eingesetzt. Arbeitet
man in wäßriger Lösung, empfiehlt es sich, den pH-Wert
auf 1 bis 6 einzustellen.
Die Menge an Ausgangskomponenten sollte in der Regel so
gewählt werden, daß annähernd äquimolare Mengen
vorliegen. Es ist natürlich auch möglich, beispielsweise einen
geringen Überschuß an der einen oder anderen Komponente
einzusetzen.
Die Art der Zugabe der einzelnen Ausgangsverbindungen
kann beliebig gewählt werden. So kann die heterozyklische
Komponente zusammen mit der Säure vorgelegt und dann das
Natriumdicyanimid zugegeben werden. Diese Vorgehensweise
wird vor allem bei einer Schmelzreaktion empfohlen. Gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform werden beide
Ausgangskomponenten in Wasser gelöst und anschließend die
Säure bei der entsprechenden Reaktionstemperatur
zugegeben.
Nach einer durchschnittlichen Reaktionszeit von ca. 3 bis
5 Stunden kann noch bei Raumtemperatur eine gewisse Zeit
nachgerührt werden oder mehrere Stunden auf tiefere
Temperaturen (0 bis 10°C) abgekühlt werden, um das
Reaktionsprodukt vollständig auskristallisieren zu
lassen. Das Reaktionsprodukt kann dann nach den üblichen
Methoden von der wäßrigen Phase abgetrennt, gereinigt
(beispielsweise durch Nachwaschen) und gegebenenfalls getrocknet werden. Das
gewünschte Produkt fällt hierbei in hoher Reinheit und
guter Ausbeute an (ca. 50 bis 90%).
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können mit gutem
Erfolg als Beschleuniger für hitzehärtbare
Epoxidharzmassen eingesetzt werden. Als Epoxidharze
kommen hierbei alle handelsüblichen Produkte in Frage,
welche üblicherweise mehr als eine 1,2-Epoxidgruppe
aufweisen und gesättigt oder ungesättigt aliphatisch,
cycloaliphatisch, aromatisch oder heterozyklisch sein
können und evtl. Substituenten wie Halogene, Phosphor und
Hydroxylgruppen etc. enthalten.
Besonders bevorzugt finden Epoxidharze auf Basis
Glycidylpolyether von 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan
(Bisphenol A) sowie das mit Brom substituierte Derivat
(Tetrabrombisphenol A), Glycidylpolyether von 2,2-Bis
(4-hydroxyphenyl)methan (Bisphenol F) und Glycidylether
von Novolac-Harzen Verwendung.
Werden die erfindungsgemäßen Verbindungen als
Beschleuniger in Kombination mit anderen latenten Härtern
angewendet, so reichen in der Regel 0,1 bis 2,0 Gew.-%
bezogen auf das Gewicht des Epoxidharzes aus, um
ausreichend hohe Reaktivitäten erzielen zu können.
Die mit den erfindungsgemäßen Beschleunigern kombinierten
latenten Härter sind bekannt und meist im Handel
erhältlich. Bevorzugt sind hierbei Härter, die Amino-,
Imino-, Amido-, Imido-, Triazin- oder Hydrazidgruppen
enthalten. Geeignete Härter sind z. B. Bortrichlorid/
Amin- und Bortrifluorid/Amin-Komplexe, Dicyandiamid,
Aminotriazine wie Melamin oder Diallylmelamin und
Guanamine wie z. B. Acetoguanamin oder Benzoguanamin,
Aminotriazole wie z. B. 3-Amino-1,2,4-triazol,
Carbonsäurehydrazide wie Adipinmono- oder -dihydrazid,
Stearinhydrazid und Isophthalmono- oder -dihydrazid,
Semicarbazid, Cyanoacetamid und aromatische Polyamine wie
Diaminodiphenylsulfon. Besonders bevorzugt werden
Dicyandiamid, Isophthalsäuredihydrazid,
Adipinsäuredihydrazid.
Je nach Anwendungsfall können die erfindungsgemäßen
Verbindungen zusammen mit den Härtern in ein flüssiges
oder aufgeschmolzenes Epoxidharz eingemischt und
suspendiert werden oder als Lösung in das Epoxidharz oder
in eine Lösung desselben eingebracht werden. Als
Lösemittel können grundsätzlich alle Flüssigkeiten
verwendet werden, in denen sich das Epoxidharz, der
Härter und der Beschleuniger in ausreichendem Umfang
auflösen. Beispiele für solche Lösemittel sind
verschiedene Glykolether wie Ethylenglykol- oder
Propylenglykolmonomethylether sowie Ester davon, aber
auch Ketone wie Aceton oder DMF etc.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen sollten in möglichst
feinverteilter Form zum Einsatz kommen, um eine
gleichmäßige Verteilung und eine optimale Wirkung zu
erzielen. Die Teilchengröße sollte deshalb vorzugsweise
<150 µm betragen.
Die Epoxidhärtung mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Beschleuniger erfolgt bei Temperaturen von 100 bis 200°C,
vorzugsweise bei 120 bis 160°C, wobei ein sehr schnelles
Einsetzen der Härtung erfolgt.
Die Gelierzeiten liegen beispielsweise bei 140°C je nach
Beschleunigermenge bei 4 bis 6 Minuten. Bei niedrigeren
Temperaturen können höhere Beschleunigermengen die
Gelierzeiten noch weiter herabsetzen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungen
bei der Anwendung als Beschleuniger ist die gute
Lagerstabilität. Wie Versuche zur Lagerstabilität gezeigt
haben, sind die den erfindungsgemäßen Beschleuniger
enthaltenden Epoxidharz-Formulierungen bei 40°C
normalerweise 10 bis 12 Tage und bei Raumtemperatur 4 bis
6 Wochen lagerstabil.
Aufgrund der günstigen Anwendungseigenschaften dieser
Verbindungen sowie ihrer kostengünstigen Herstellung sind
diese besonders gut für eine technische Anwendung
geeignet.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher
erläutern.
13,6 g Imidazol und 18,16 g Natriumdicyanimid werden in
30 ml Wasser gelöst und auf 50°C erwärmt. Innerhalb von 3
Stunden werden 22,8 g 32%ige Salzsäure zugetropft.
Anschließend wird noch 3 Stunden weitergerührt. Nach
Abkühlen über Nacht auf 4°C wird das Produkt abgesaugt,
mit ca. 100 ml Wasser chloridfrei gewaschen und
getrocknet.
Es werden 145,2 g (Ausbeute 57%) eines schwach altrosa
gefärbten Pulvers mit korrekter Elementaranalyse
erhalten. Dünnschichtchromatographie sowie IR-Spektrum
zeigen keine Nebenprodukte bzw. Ausgangsstoffe.
Schmelzpunkt 189 bis 190°C (die Schmelze verfestigt sich
ab 210°C wieder).
Elementaranalyse:
C₅H₅N₅ (MG=135,12)
Ber. C 44,44% Gef. C 44,13%
Ber. H 3,73% Gef. H 3,59%
Ber. N 51,83% Gef. N 52,40%
C₅H₅N₅ (MG=135,12)
Ber. C 44,44% Gef. C 44,13%
Ber. H 3,73% Gef. H 3,59%
Ber. N 51,83% Gef. N 52,40%
16,4 g 2-Methylimidazol werden mit ca. 22,8 g 32%iger
Salzsäure unter Zusatz von 30 ml auf einen pH-Wert
von 5,0 neutralisiert. Die Lösung wird bei 80°C im Vakuum
eingeengt. Die zurückbleibende Schmelze wird mit 18,16 g
Natriumdicyanimid innig vermengt und unter intensivem
Rühren während 4 Stunden auf 80°C gehalten. Eine
eventuelle Verbackung der Reaktionsmischung ist zu
vermeiden. Das erhaltene feste Reaktionsprodukt wird in
100 ml Wasser aufgeschlämmt, abgesaugt, mit 50 ml Wasser
nachgewaschen und getrocknet.
Es werden 26,3 g (Ausbeute 88,3%) eines fast weißen
Pulvers mit korrekter Elementaranalyse erhalten. DC und
IR zeigen keine Nebenprodukte bzw. Ausgangsstoffe.
Schmelzpunkt 153°C (die Schmelze verfestigt sich wieder
zu einer bis 280°C unschmelzbaren Masse).
Elementaranalyse:
C₅H₇N₅ (MG=149,16)
Ber. C 48,32% Gef. C 47,91%
Ber. H 4,73% Gef. H 4,59%
Ber. N 46,95% Gef. N 47,35%
C₅H₇N₅ (MG=149,16)
Ber. C 48,32% Gef. C 47,91%
Ber. H 4,73% Gef. H 4,59%
Ber. N 46,95% Gef. N 47,35%
6,7 g Pyrrol und 9,1 g Natriumdicyanimid werden in 25 ml
Wasser gelöst und auf 80°C erwärmt. Innerhalb von 3
Stunden werden 11,4 g 32%ige Salzsäure zugetropft,
anschließend wird 2 Stunden nachgerührt. Nach Abkühlen
über Nacht wird das Produkt abgesaugt, mit 50 ml Wasser
gewaschen und bei 65°C im Vakuum getrocknet.
Es werden 11,5 g (Ausbeute 86%) eines durch
Oxidationsprodukte verunreinigten (DC, IR) dunkelbraunen
Pulvers mit korrekter Elementaranalyse erhalten.
Schmelzpunkt: <280°C
Elementaranalyse:
C₆H₆N₄ (MG=134,14)
Ber. C 53,72% Gef. C 52,3%
Ber. H 4,51% Gef. H 4,3%
Ber. N 41,77% Gef. N 40,2%
C₆H₆N₄ (MG=134,14)
Ber. C 53,72% Gef. C 52,3%
Ber. H 4,51% Gef. H 4,3%
Ber. N 41,77% Gef. N 40,2%
6,9 g 1,2,4-Triazol und 9,1 g Natriumdicyanimid werden in
25 ml Wasser gelöst. Bei 80°C werden innerhalb von 3
Stunden 11,4 g 32%ige Salzsäure zugegeben und noch 2
Stunden nachgerührt. Nach Abkühlen auf 4°C wird das
ausgefallene Produkt abgesaugt, mit Wasser 20 ml Wasser
gewaschen und im Vakuum getrocknet.
Es werden 7,6 g (Ausbeute 56%) eines weißen Pulvers mit
korrekter Elementaranalyse erhalten. DC und IR zeigen
keine Nebenprodukte oder Ausgangsstoffe. Das Produkt
verändert sich beim Erhitzen bis auf 300°C nicht.
Elementaranalyse:
C₄H₄N₆ (MG=136,12)
Ber. C 35,30% Gef. C 34,88%
Ber. H 2,96% Gef. H 2,65%
Ber. N 61,74% Gef. N 61,90%
C₄H₄N₆ (MG=136,12)
Ber. C 35,30% Gef. C 34,88%
Ber. H 2,96% Gef. H 2,65%
Ber. N 61,74% Gef. N 61,90%
Es wird die Wirkung der erfindungsgemäßen Verbindungen
1-(N′-Cyanoguanyl)-imidazol (Herstellung s. Beispiel 1)
bzw. 1-(N′-Cyanoguanyl)-2-methylimidazol (s. Beispiel 2)
als Beschleuniger in Epoxidharzmassen bei verschiedenen
Temperaturen untersucht. Hierzu werden Formulierungen
bestehend aus 100 g eines Bisphenol A-Flüssigharzes
(z. B. Epikote 828 von Shell), 6 g Dicyandiamid (Dyhard
100S, SKW Trostberg) sowie 0,1 bis 2 g der
erfindungsgemäßen Verbindungen (Beschleuniger)
hergestellt und die Gelierzeiten bei 120°C, 140°C und
160°C bestimmt. Die Ergebnisse sind in den Fig. 1 und
2 zusammengefaßt. Wie man sieht, werden mit Hilfe der
erfindungsgemäßen Verbindungen bei 140 bis 160°C sehr
gute Gelierzeiten erhalten.
Es wird die Lagerstabilität von durch Wärme härtbaren
Mischungen untersucht, die die erfindungsgemäßen
Beschleuniger 1-(N′-Cyanoguanyl)-imidazol bzw.
1-(N′-Cyanoguanyl)-2-methylimidazol enthalten.
Hierzu werden Formulierungen aus 100 g eines
Bisphenol A-Flüssigharzes (z. B. Epikote 828), 7 g
Dicyandiamid(Dyhard 100S, SKW Trostberg) sowie 1 g
der erfindungsgemäßen Beschleuniger hergestellt. Die
Viskosität der Formulierung wird nach Lagerung bei
25°C in einem Haake-Rotationsviskosimeter bei 25°C
gemessen. Die Ergebnisse zeigen eine gute
Lagerstabilität:
Als Vergleich (nicht erfindungsgemäß) wurde eine
Formulierung bestehend aus 100 g Epikote 828, 7 g
Dicyandiamid und 1 g 2-Methylimidazol untersucht. Das
Ergebnis zeigt eine sehr schlechte Lagerstabilität:
Claims (10)
1. 1-(N′-Cyanoguanyl)-Derivate von N-haltigen
Fünfringheterozyklen der Formel
wobei
X=N, CR₃
Y=N, CR,
R₁-R₄=H, Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen oder Phenylreste bedeuten.
X=N, CR₃
Y=N, CR,
R₁-R₄=H, Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen oder Phenylreste bedeuten.
2. 1-(N′-Cyanoguanyl)-Derivate nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Fünfringheterozyklus einen
Imidazol-, Pyrrol- oder 1,2,4-Triazolring darstellt.
3. 1-(N′-Cyanoguanyl)-Derivate nach den Ansprüchen 1 und
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylreste R₁ bis
R₄ Methyl- oder Ethylreste sind.
4. Verfahren zur Herstellung der 1-(N′-Cyanoguanyl)-
Derivate nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß man Natriumdicyanimid mit dem
entsprechenden Imidazol, Pyrrol oder 1,2,4-Triazol
bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Säuren
umsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Umsetzung in wäßrigem Medium durchführt.
6. Verfahren nach den Anspüchen 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Reaktionstemperatur auf
25 bis 100°C, insbesondere 40 bis 80°C, einstellt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in wäßriger
Lösung bei einem pH-Wert von 1 bis 6 vornimmt.
8. Verwendung der Verbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3
als Beschleuniger in Kombination mit latenten Härtern
bei der Aushärtung von Epoxidharzmassen.
9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Menge des Beschleunigers 0,1 bis 2,0 Gew.-%
bezogen auf das Gewicht des Epoxidharzes beträgt.
10. Verwendung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch
gekennzeichnet, daß man als latenten Härter
Dicyandiamid verwendet.
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
DE19904026363 DE4026363A1 (de) | 1990-08-21 | 1990-08-21 | 1-(n'-cyanoguanyl)-derivate von n-haltigen fuenfringheterozyklen |
GB9117979A GB2247237B (en) | 1990-08-21 | 1991-08-20 | 1-(N'-Cyanoguanyl) derivatives of N-containing five-membered ring heterocycles |
FR9110446A FR2667067A1 (fr) | 1990-08-21 | 1991-08-20 | Derives 1-(n'-cyanoguanyl) d'heterocycles a cinq chainons contenant n. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904026363 DE4026363A1 (de) | 1990-08-21 | 1990-08-21 | 1-(n'-cyanoguanyl)-derivate von n-haltigen fuenfringheterozyklen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4026363A1 true DE4026363A1 (de) | 1992-03-12 |
Family
ID=6412591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904026363 Withdrawn DE4026363A1 (de) | 1990-08-21 | 1990-08-21 | 1-(n'-cyanoguanyl)-derivate von n-haltigen fuenfringheterozyklen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4026363A1 (de) |
FR (1) | FR2667067A1 (de) |
GB (1) | GB2247237B (de) |
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