NO115364B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av høymolekylære termoplastiske polyhydroxypolyetherharpikser.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fremstilling av høymolekylære termoplastiske polyhydroxypolyetherharpikser.

Det er tidligere kjent at difenoler og diepoxyder kan reagere med hverandre.i nærvær av forskjellige basiske katalysatorer. Det har imidlertid hittil ikke vært mulig å fremstille høymole-kylære termoplastiske harpikser ved en slik reaksjon. De tidligere harpikser som har vært fremstilt ved en reaksjon mellom difenoler og diepoxyder, har hatt temmelig lave molekylvekter og lave smeltepunkter. Dessuten har fremgangs-måtene som har vært brukt til å fremstille disse harpikser, ført til dannelse av uønskede tverr-bindinger og forgreninger i harpiksmolekylene.

Foreliggende fremgangsmåte gir en høy-molekylær termoplastisk harpiks med et smeltepunkt på minst ca. 200° C og med praktisk talt ingen forgrenede eller tverrbundne grupper. Disse høymolekylære, høystyrke, termoplastiske harpikser har utmerkede, fjærende egenskaper og er særlig nyttige ved dannelsen av forskjellige for-mede gjenstander, så som ved sprøytestøping, formblåsing, vakuumformning, støpning, etc. Oppløst i et oppløsningsmiddel gir de lakker som kan. anvendes for belegg, klebemidler, impregne-ringer og lignende.

De termoplastiske harpikser fremstilt ifølge oppfinnelsen er polyhydroxypolyetherharpiksef og på grunn av nærværet med hydroxylgrupper i molekylet, kan harpiksene omsettes med monofunksjonelle forbindelser som reagerer med hyd-roxylgruppen i harpiksen under dannelse av mo-difiserte, termoplastiske harpikser. Eksempler på slike monofunksjonelle forbindelser er monoiso-cyanater, enbasiske syrer, innbefattende syrer av tørrende oljer, monoepoxyder, acetylklorid, ben-zoylklorid, acrylonitrill, etc. Dessuten kan de termoplastiske harpikser fremstilt ifølge oppfinnelsen omsettes ved hydroxylgruppene med poly- funksjonelle forbindelser under dannelse av forskjellige tverrbundne polymerer. Eksempler på slike polyfunks jon elle forbindelser er polyisocya-natene, polyepoxydene, aminoplastharpiksene, alkylerte aminoplastharpikser, fenolplastharpik-ser, flerbasiske syrer og anhydrider, etc. Om ønskes kan tilstrekkelig små mengder av disse poly-funksjonelle forbindelser anvendes slik at de høymolekylære, termoplastiske harpikser blir kjemisk modifisert uten å danne varmeherdende harpikser.

Det har nu forbausende nok vist seg at høyt-smeltende, høymolekylære, termoplastiske harpikser kan fremstilles ved varmeeldning av visse polyhydroxypolyether-harpikser som beskrevet i det følgende.

Foreliggende oppfinnelse gir altså særlige fordeler ved fremstilling av industrielle produkter.

Polyhydroxypolyether-harpiksene kan før varmeeldning på grunn av sine smeltepunkter og lave molekylvekter, lett formes og bearbeides til ønskede former og kan lett modifiseres ved til-setning av forskjellige ureaktive bestanddeler.

De lavmolekylære polyetherharpikser kan pulveriseres eller mikroniseres til små partikler. Ved påfølgende varmeeldning i et fluidisert lag, på et transportbelte eller suspendert i en inert væske, fremstilles den høymolekylære, høytsmel-tende harpiks i finfordelt form som er lett an-vendbar ved videre bearbeidelse.

Fyllstoffer kan inkorporeres i den lavmolekylære, lavtsmeltende harpiks i høye konsentra-sjoner. Intim kontakt av fyllstoffene og harpiksene fåes da den lavtsmeltende harpiksen på grunn av sin lave viskositet og lave overflate-spenning ved blandingstemperaturen ganske lett fukter fyllstoffene. Store mengder fyllstoffer kan også anvendes i blanding med den lavmolekylære, lavtsmeltende harpiks under dannelse av blandinger som kan behandles ganske lett. Ved påfølgende varmeeldning av disse lavmolekylær-harpiks-fyllstoffblandinger, fåes høytsmeltende harpiks-fyllstof f blandinger.

Høytsmeltende termoplastiske polyhydroxypolyetherharpikser kan fåes som er fri for opp-løsningsmiddelforurensninger og uønskede, inerte salter.

I tillegg til ovenstående fordeler kan den lavmolekylære harpiks formes til den fasong som ønskes på sluttproduktet. Denne fasong kan bi-beholdes under varmeeldningsprosessen og der-ved danne det høymolekylære sluttprodukt. Eksempelvis kan fibre trekkes fra det lavmolekylære produkt og etter varmeeldning, fåes høy-molekylære, sterke fibre. Disse lavmolekylære harpikser kan smeltes, helles i en form og varmeeldes i denne form. Det lavmolekylære produkt kan også smeltes og sprøytes på en overflate og varmeeldes i denne form under dannelse av en sterk motstandsdyktig film med utmerket hef-ting til overflaten.

Foreliggende fremgangsmåte kan ganske lett avpasses til en kontinuerlig fremgangsmåte. F. eks. kan den lavmolekylære harpiks ekstrude-res på et transportbelte. Transportbeltet kan så føres gjennom en oppvarmet ovn hvor varmeeldningen finner sted. Når det ønskede smeltepunkt på sluttharpiksen er nådd, kan beltet føres fra ovnen og den høymolekylære, termoplastiske harpiks kan fj ernes ved å overføres til flak eller på annen kjent vis.

Ved foreliggende fremgangsmåte fremstilles høymolekylære, termoplastiske polyhydroxypolyetherharpikser, med et smeltepunkt på over 200° C, fortrinnsvis over 250° C, ifølge hvilken et diepoxyd og en difenol omsettes i et forhold av 1 epoxygruppe til fra 0,95 til 1,5 fenolisk hydroxylgruppe i nærvær av en basisk, organisk katalysator,karakterisert vedat omsetningen skjer ved en temperatur på 75 til 140° C, fortrinnsvis 110 til 130° C, og under den eksoterme topptemperatur for reaksjonen, og at omsetningsproduk-tet varmeeldes i nærvær av en basisk, organisk katalysator ved en temperatur fra 90° til 175° C. Det lavmolekylære harpiksaktige materiale som først dannes er i det vesentlige lineært av struk-tur og inneholder ikke mere enn to funksjonelle grupper pr. molekyl, dvs. en epoxygruppe og en fenolisk hydroxylgruppe. Det termoplastiske harpiksmateriale kan bekvemt varmeeldes i form av en kompakt masse, såsom i formet tilstand eller i partikkelformet tilstand, f. eks. i fluidisert form, f. eks. i et fluidisert lag eller som en fast suspensjon i en inert væske. Eksempelvis kan det vanligvis faste harpiksmateriale oppvarmes ved å føres igjennom en foroppvarmet ovn på en transportør, eller alternativt og fortrinnsvis, kan et fluidisert lag av harpiksmaterialet oppvarmes med foroppvarmet luft eller inert gass til den ønskede temperatur.

Den basiske, organiske katalysator som skal anvendes er f. eks. den såkalte Brønsted-type baser som er protonakseptorer. Slike katalysatorer er primære, sekundære og tertiære aminer, kvartære ammoniumforbindelser, N-alkyl-syreamider, N,N-dialkyl-syreamider, dialkyl- og tetra-substituerte ureaer og -thioureaer, alkyl-sub-stituerte guanadiner, og lignende. Mengdene av katalysator som anvendes ved foreliggende fremgangsmåte er de som konvensjonelt betegnes som katalytiske mengder. I alminnelighet trengs minst ca. 0,01 vekt%, beregnet på harpiksmaterialet. Optimale mengder av en gitt katalysator kan bestemmes ved rutineforsøk, men fra 0,01 til 0,5 vekt% katalysator vil være tilstrekkelig for de fleste formål. I noen tilfeller er det ønskelig å anvende høyere mengder av fettsyreaminer eller visse dialkyl-syreamider, såsom dialkyl-fett-syreamider, idet den mengde som er større enn den katalytiske mengde tjener som mykner for de høymolekylære produkter.

Katalysatoren kan tilsettes direkte til harpiksmaterialet i den forutbestemte mengde eller alternativt kan katalysatoren allerede være tilstede i harpiksmaterialet som beskrevet senere.

Varmeeldningen av harpiksmaterialet fortsettes inntil de eldede produkters smeltepunkt er minst 200° C eller høyere etter ønske. Det er særlig fordelaktig å fortsette varmeeldningen inntil produktets smeltepunkt er over 250° C, da slike produkter har usedvanlige fysikalske egenskaper. Eksempelvis har varmeeldede produkter fremstilt ifølge oppfinnelsen og med smeltepunkt over 250° C, f. eks. fra 260° C til 270° C, utmerket slagstyrke som beskrevet nedenfor. Prøver på pro duktet kan taes under varmeeldningen for å be-stemme oppvarmningsplanen for et hvilket som helst ønsket smeltepunkt. Vanligvis utføres varmeeldningstrinnet i temperaturområdet fra ca. 90° C til ca, 175° C, idet det foretrukne område er 110° C til 150° C. Selvsagt kan temperaturer lavere enn 90° C anvendes, men disse krever vanligvis overdrevent lange eldningstider. Tiden som kreves for varmeeldning, vil variere med eld-ningstemperaturen og det ønskede smeltepunkt på sluttproduktet. Vanligvis er tider fra 6 til 24 timer eller endog litt lengre tider tilfredsstillende. Særlig høye temperaturer, dvs. godt over 175° C, bør unngås, da bireaksjoner kan inntre som føl-ge av hvilke de ønskede egenskaper ikke vil oppnås, f. eks. produktet kan bli sprøtt eller få lav slagstyrke. Det er bekvemt og fordelaktig å opp-varme harpiksmaterialet i fast form eller i det minste i en halvfast tilstand og ettersom smelte-temperaturen av materialet øker, kan eldnings-temperaturen økes etter ønske.

Som det er beskrevet ovenfor, varmeeldes harpiksmaterialet fortrinnsvis i fast form. Eksempelvis kan en amorf fast masse av harpiksmaterialet oppvarmes i en ovn med fast eller variabel temperatur eller alternativt på kontinuerlig basis ved å føres på et transportbelte gjennom en ovn som er innrettet for dette. Mas-sen kan, før varmeeldning, være i en hvilken som helst ønsket geometrisk form. Den kan være støpt i sylindre, staver, blokker eller plater for å tillate oppskjæring, granulering eller ekstrude-ring i den senere bearbeidelse. Den kan pulveriseres til fine pulvere, ned til partikkelstørrelser på 0,025 til ca. 1,25 mm i diameter, slik at opp-varmede, inerte gasser kan føres gjennom pul-verne for å bevirke varmeeldningen eller pul-verne kan varmeeldes mens de er suspendert i en inert ikke-oppløsende type væske.

Den lavmolekylære polyhydroxypolyetherharpiks som varmeeldes til den høytsmeltende termoplastiske harpiks, fremstilles ved å oppvar-me et diepoxyd og en difenol i praktisk talt ekvivalente, molare forhold i nærvær av en katalysator. Ingen oppløsningsmidler er nødvendige. Reaktantene omrøres ved den ønskede temperatur inntil den ønskede viskositet er oppnådd. Den dannede, lavtsmeltende harpiks kan så lett varmeeldes som beskrevet ovenfor. Diepoxydet, difenolen og katalysatoren kan også oppvarmes oppløst i et oppløsningsmiddel. Når den ønskede grad av reaksjon er oppnådd, fjernes oppløs-ningsmidlet og varmeeldningstrinnet utføres. Diepoxydet og difenolen kan også omsettes suspendert i en inert væske. Den foretrukne metode er å utføre reaksjonen mellom difenolen og diepoxydet uten noe oppløsningsmiddel eller inert væske tilstede.

Diepoxydet, difenolen og katalysatoren kan omsettes til det ønskede mellomprodukt og kan derpå varmeeldes til den høytsmeltende, termoplastiske harpiks uten avbrytelse i oppvarm-ningsprosessen. Denne sammensatte eller kon-tinuerlige prosess har økonomiske fordeler ved industrielle operasjoner i storteknisk skala.

Ved fremstilling av den lavmolekylære polyhydroxypolyetherharpiks som inneholder gjen-nomsnittlig en epoxygruppe og en fenoliske hydroxylgruppe pr. molekyl, oppvarmes en difenol og et diepoxyd i praktisk talt ekvivalente forhold, dvs. en epoxydgruppe av diepoxydet pr. 0,95 til 1,05 fenolisk hydroxylgruppe i difenolen. Reaksjonen utføres ved en temperatur under det eksoterme topp-punkt. Som kjent er reaksjonen av en epoxydforbindelse og en fenolisk forbin-delse eksoterm, idet der utvikles meget varme. Når f. eks. diglycidyletheren av p,p'-dihydroxydifenyl-propan (Bisphenol A-diglycidylether) oppvarmes med en praktisk talt ekvivalent mengde Bisphenol A og en basisk katalysator til en temperatur på ca. 100° C, vil temperaturen, hvis ingen kjøling eller kontroll forsøkes, hurtig stige til 150—200° C eller høyere. Slutt-temperaturen som nåes er kjent som den eksoterme topptemperatur. Denne eksoterme topptemperatur vil variere avhengig av typen av epoxydforbindelser og fenoliske forbindelser, typen og konsentrasjo-nen av katalysatoren, mengdene av reaktantene og den fysikalske form av reaktantene og reak-toren. Den eksoterme topptemperatur for et be-semt sett av reaktanter under hvilke som helst bestemte betingelser kan lett bestemmes. Epoxy-det, difenolen og katalysatoren blandes sammen og oppvarmes sakte. Når den eksoterme reaksjon begynner, hvilket merkes ved en økning i hastig-heten på temperaturstigningen, fjernes varmekilden og den maksimale temperatur som oppnås av reaktantene iakttas. Den eksoterme topptemperatur kan også bestemmes ved å anbringe reaktantene i et konstant-temperaturbad, vanligvis ved en temperatur på 100° til 125° C, og iaktta den maksimumstemperatur som nåes.

Det har nu vist seg at i motsetning til ved foreliggende oppfinnelse vil varmeeldning av en polyhydroxypolyetherharpiks som er blitt fremstilt fra en difenol og et diepoxyd omsatt til den eksoterme topptemperatur, ikke gi høymoleky-lære, høytsmeltende harpikser med fremragende styrke- og slagstyrkeegenskaper. Bireaksjoner inntrer under den eksoterme topptemperatur-reaksjon som kan føre til forgrening og tverr-binding av polymerstrukturen og til nedbrytning og lavmolekylære fraksjoner. Når imidlertid be-gynnelsesreaksjonen av difenolen og diepoxydet kontrolleres under den eksoterme topptemperatur, gir påfølgende varmeeldning av reaksjonsproduktet høymolekylære, høytsmeltende termoplastiske harpikser med utmerket styrke og slagstyrkeegenskaper. I alminnelighet utføres begyn-nelsesreaksjonen av diepoxydet og difenolen ved en temperatur på 75—140° C, og fortrinnsvis ved en temperatur ved 110 til 130° C.

Ved en utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte oppvarmes et diepoxyd, en difenol og en basisk organisk katalysator til en temperatur under den eksoterme topptemperatur, inntil den dannede polyhydroxyletherharpiks har et Dur-rane smeltepunkt på 50° til 180° C, og fortrinnsvis 90 til 140° C. Bestemmelse av Durran's smeltepunktet er beskrevet av Gardner og Sward i «Paint Testing Manual», 12th Edition, (1962) side 367. Metoden er som følger: 3 g harpiks smeltes i et reagensrør (15 cm x 17 mm) i et svovelsyrebad. Et termometer med

en kule som er lang nok til å rage over smeiten stikkes ned i smeiten. Reagensglasset taes så ut

av badet og når harpiksen har størknet, helles nøyaktig 50 g kvikksølv på den. Reagensglasset anbringes så igjen i badet som så oppvarmes, slik at temperaturen stiger med en hastighet av 2° C pr. minutt. Mykningspunktet er den temperatur ved hvilken harpiksen først kommer til syne over kvikksølvet.

Det dannede produkt kan så varmeeldes uten at noen sterk eksotermisk reaksjon finner sted under dannelsen av en høymolekylær, termoplastisk harpiks med et smeltepunkt over 200° C.

Når et praktisk talt ekvivalent forhold av en difenol og et diepoxyd omsettes under dannelse av en polyhydroxydpolyetherharpiks med et Dur-rane smeltepunkt på ca. 50° til ca. 180° C, har ca. 50 til ca. 95 % av epoxydgruppene og de fenoliske hydroxylgrupper som opprinnelig var tilstede, reagert. Forholdet mellom smeltepunktet og re-aksjonsgraden, som lett kan bestemmes ved ana-lyse på epoxyd- og det fenoliske hydroxylinnhold, vil avhenge i noen grad av typen av diepoxyd og difenol som anvendes. Lavtsmeltende diepoxyder og/eller difenoler vil gi polyhydroxypolyether-materialer med smeltepunkter i det lave området og med prosentreaksj oner i det høye området. Høyeresmeltende epoxyder og/eller difenoler vil gi materialer med høyere smeltepunkter og lavere prosentreaksj oner. I alminnelighet vil reaksjonen bli ført til 60 % til 80 % fullstendighet, og til smeltepunktet på 90° til 140° C.

Ved en annen utførelsesform av oppfinnelsen oppvarmes praktisk talt ekvivalente forhold av et diepoxyd og en difenol pluss en basisk organisk katalysator under den eksoterme topptemperatur inntil den eksoterme reaksjon er praktisk talt over og oppvarmningen fortsettes til å bevirke praktisk talt fullstendig omsetning av diepoxydet og difenolen inntil der dannes en termoplastisk harpiks med et smeltepunkt over 200° C.

Difenolene som anvendes ved foreliggende fremgangsmåte defineres her som forbindelser med to fenoliske hydroxylgrupper og ingen andre grupper som er reaktive overfor epoxygrupper under reaksjonsbetingelsene. Disse forbindelser kan være enringede eller flerringede forbindelser så lenge som totalantallet av fenoliske hydroxylgrupper pr. molekyl er to. Blandinger av difenoler kan anvendes. Den foretrukne difenol er p,p'-dihydroxydifenylpropan, som vanligvis er kjent som Bisphenol A. Bisphenol A erholdes kommersielt i en renhet på 95 % eller derover, men kan også fåes i praktisk talt 100 % renhet. Andre egnede difenoler er dihydroxydifenyl-me-than, dihydroxydifenyl-ethan, dihydroxydifenyl-sulfon, dihydroxydifenyl, hydrokinon, resorcinol, dihydroxy-nafthalen, dihydroxydifenyl-oxyd, etc.

Diepoxydene som omsettes med difenolene ifølge oppfinnelsen defineres som de diepoxyder som har bare to epoxydgrupper i molekylet, idet begge av disse epoxydgrupper er ende-epoxydgrupper.

De foretrukne diepoxyder er diglycidyletherne av difenoler, særlig diglycidyletheren av Bisphenol A i et stort overskudd av epiklorhydrin under anvendelse av et etsalkali som dehydroha-logeneringsmiddel. Når en mol Bisphenol A omsettes i 10 mol epiklorhydrin med to mol etsalkali, har det dannede produkt en epoxyd-ekvivalentvekt på 185—200. Dette produkt kan ren-ses ved kjente metoder, såsom molekylardestilla-sjon og krystallisasjon. De rensede produkter har epoxyd-ekvivalentvekter i området fra ca. 180 til 170 avhengig av renhetsgraden, idet 170-epoxyd-ekvivalentvekten er 100 % ren.

Andre diglycidylethere av Bisphenol A, fortrinnsvis de som har et smeltepunkt under ca. 100° C, kan også anvendes. Slike diglycidylethere fremstilles ved å fremstille Bisphenol A og epiklorhydrin med vandig alkali. Forholdet av epiklorhydrin til Bisphenol A kan fortrinnsvis va-rieres fra ca. 1,4 til 2,6 mol epiklorhydrin til et mol Bisphenol A, under anvendelse av natriumhydroxyd i en mengde som er ekvivalent med klorinnholdet i epiklorhydrinet pluss 10—20 % overskudd. Disse glycidylethere vil ha epoxyd-ekvivalentvekter fra ca. 750 for den høyest smel-tende harpiks ned til ca. 225.

Diglycidyletherne av andre difenoler, såsom dem som er beskrevet ovenfor som omsettes med diepoxydene ifølge oppfinnelsen, kan også anvendes.

Diglycidylethere av glycoler, som fremstilles ved omsetning av epiklorhydrin og en alifatisk diol, kan også anvendes. Alifatiske dioler, er f. eks. ethylenglycol, 1,2-propylenglycol, 1,4-butandiol, 1,5-pentandiol, 1,4-hexandiol og diethyl-enoxyd- og dipropylenoxyd-aduktene av difenoler, etc.

Ytterligere diepoxder er de som stammer fra hypohalogenering og dehydrohalogenering av forbindelser inneholdende to ende-umettede grupper og også peroxydasjonsproduktene fra slike umettede forbindelser. Diepoxyder av denne type fremstilles fra butadien, divinyl-cyclo-hexan og lignende. Andre diepoxder innbefatter diglycidylethere av tobasiske syrer, såsom digly-cidyladipat, diglycidylacelat, diglycidyletherne av dimeriserte fettsyrer, etc, N,N-diglycidylami-ner, hvilket innbefatter N,N-diglycidylanilin, NN,-diglycidylbutylamin, N,N-diglycidyl-benz-amin, etc.

Et hvilket som helst egnet diepoxyd eller blanding av diepoxyder kan derfor anvendes så lenge som det inneholder to ende-epoxydgrupper og kan blandes og copolymeriseres med difenoler i nærvær av en basisk, organisk katalysator ved foreliggende fremgangsmåte.

De lavmolekylære, lavtsmeltende polyhyd-roxypolyethere fremstilt ifølge oppfinnelsen kan ganske lett blandes med en lang rekke fyllstoffer. Høye prosenter fyllstoffer, opptil 50 vekt% eller mere, kan inkorporeres i materialene og in-time, jevne blandinger kan erholdes. Ved påføl-gende varmeeldning av den lavmolekylære poly-hydroxy-polyether-fyllstoffblanding fåes høy-molekylære materialer som har en lang rekke

ønskelige fysikalske egenskaper. Disse fyllstoffer kan tilsettes til den opprinnelige blanding av diepoxyd og difenol, eller de kan tilsettes til mel-lomproduktmaterialet på et hvilket som helst trinn før varmeeldningen.-Fyllstoffer som kan anvendes, er hvilke som helst inerte materialer, dvs. materialer som ikke inneholder noen grupper som er reaktive med epoxydgrupper eller fe-nolgrupper. Slike fyllstoffer innbefatter findelte

metaller, aluminium, kobber, jern, messing, etc, findelte metalloxyder, aluminiumoxyd, kobber-oxyd, magnesiumoxyd, etc, metallsalter, leirer, silikater, glass i forskjellige former såsom perler, fibre, etc, organiske og uorganiske pigmenter, høymolekylære polyglycoler, polycarbonater, po-lyvinylklorid, polymethylmethacrylat, klorerte, polymeriserte hydrocarboner, polyamider, sili-congummier, polyfluorhydrocarboner, carbon black, sukker, natriumklorid, trefibre, etc.

Katalysatorer som anvendes ved foreliggende fremgangsmåte er basiske og organiske katalysatorer som beskrevet ovenfor. Dises katalysatorer innbefatter tertiære aminer, såsom triethylamin, tributylamin, trioctylamin, trioleylamin, N,N-diethylbutylamin, N-methyl-diisopropyl-amin, etc. Andre katalysatorer er N-alkylsyreamider og beslektede forbindelser. Mere bestemt kan disse forbindelser uttrykkes ved en av de generelle formler:

hvor R, er hydrogen, alkyl, fenyl, alkyl-substi-I i tuert fenyl, hydrogen-N-alkyl, alkyl-N-alkyl, al-I kyl-N-fenyl, R., er hydrogen, alkyl, fenyl eller alkyl-substituert fenyl, R.( er alkyl, eller

hvor R4er hydrogen, alkyl eller vinyl og hvor n er 3, 4 eller 5.

Spesielle eksempler på denne type av katalysator er: N,N-dimethyl-formamid N,N-dimethyl-acetamid N,N-diethyl-acetamid N,N-dimethyl-propionamid N,N-diethyl-n-butyramid N,N-dimethyl-n-butyramid N,N-diethyl-dodecanamid 1,3-dimethyl-thiorea N-methyl-2-pyrrolidon N-vinyl-2-pyrrolidon

N-methyl-acetamid

N,N-dimethyl-carbanilid

tetramethyl-urea

pyrrolidon

caprolactam

For en bedre forståelse av oppfinnelsen hen-vises til følgende spesielle eksempler. Deler er an-gitt i vekt.

Smeltepunktet eller smelteområdet for de termoplastiske polymerer er bestemt ved å anbringe en liten mengde (0,1 g eller mindre) på et «Fisher Hot Stage Melting Apparatur» og iaktta den temperatur ved hvilken polymeren ble fritt-f ly tende.

Eksempel 1:

I en egnet reaksjonskolbe forsynt med termometer, mekanisk rører og kjøler, ble innført 744 deler av diglycidyletheren av Bisphenol A, med en epoxydekvivalentvekt på 186, og 456 deler Bisphenol A med frysepunkt 153° C. Molfor-holdet av epoxydgrupper til fenoliske hydroxylgrupper i disse reaktanter var 1:1. Varme ble til-ført til kolben, slik at temperaturen ble hevet til 65° C i løpet av 30 minutter da omrøringen ble begynt. Etter ytterligere 30 minutters oppvarmning var temperaturen hevet til 115° C og en klar oppløsning av Bisphenol A og epoxydforbindelse var erholdt. 2,8 deler dimethylformamid ble tilsatt til reaktantene. Innen 7 minutter hadde temperaturen steget til 137° C. Utvendig kjøling ble anvendt på kolben for å senke temperaturen til 125° C. Temperaturen ble holdt mellom 125° og 135° C i en time, hvoretter kolbeinnholdet ble for viskøst for omrøring. Kolbeinholdet ble helt i metallbeholdere som ble anbragt i en ovn ved 125° C. Etter 2 timer i ovnen ved 125° C hadde harpiksproduktet et smeltepunkt bestemt på en Fisher heating block på 200° C — 210° C og en epoxydekvivalentvekt på 80 000. Harpiksen fikk stå i ovnen over natten og etter tilsammen 22,5 timers oppvarmning, 3 timer ved 125° C, og 19,5 timer ved 150° C, hadde produktet et smeltepunkt på 245 — 255° C, intet epoxydinnhold, en Gardner-Holdt-viskositet på V til W og en Gar-nerfarve på 1 til 2 ved 20 % ikke-flyktig materiale i monobutyletheren av diethylenglycol.

12,5 deler av harpiksproduktet ble oppløst i 14,2 deler methylethylketon. 17,6 deler ethylen-glycolmonoethyletheracetat og 5,6 deler toluen. Filmer ble fremstilt på elektrolytisk tinnplate under anvendelse av et 0,05 mm doktorblad. Etter oppvarmning i 30 minutter ved 150° C hadde filmene utmerket vedheftning og bestod en 92 cm/kg slagprøve. Filmer fremstilt på glass på samme måte hadde etter opphetning ved 30 minutter ved 150° C, god adhesjon, fleksibilitet og beskadigelsesmotstandsdyktighet. Blyanthårdhe-ten var 6 H til 7 H.

1859 g av diglycidyletheren av bisfenol A med en epoxyd ekvivalentvekt på 185,9, ble oppvarmet med 114 g bisfenol A (molforhold 1:1) under anvendelse av 7 g dimethylformamid som katalysator. Reaktantene ble oppvarmet til 125° C og varmekilden fjernet. Temperaturen steg til 218° C i løpet av 17 minutter på grunn av den eksoterme reaksjon og holdt seg på denne temperatur i 5 minutter. Temperaturen falt så til 165° C i løpet av 30 minutter. Reaktantene ble så oppvarmet ved 150° C i 24 timer. Det dannede produkt hadde et smeltepunkt på 205 — 215° C og en Gardner-Holdt viskositet ved 20 % faststoff i butylcarbitol på O—P ved 25° C. Dette produkt hadde således en lavere molekylvekt enn produktet fremstilt i eksempel 1 i henhold til foreliggende fremgangsmåte, hvilket fremgår av smeltepunkt og viskositet.

Eksempel 2:

I en egnet reaksjonskolbe utstyrt som i Eksempel 1 ble innført 744 deler av diglycidyletheren av Bisphenol A med epoxydekvivalent 186, og 456 deler Bisphenol A med frysepunkt 153° C. Forholdet av epoxyd- og fenoliske hydroxyekvi-valenter var 1:1. Varme ble tilført og ved 50° C ble røring påbegynt. Ved 88° C var en klar opp-løsning erholdt og 2,8 deler dimethylformamid ble innført i kolben. Temperaturen på reaktantene ble hevet til 125° C og ble holdt ved 120 — 127° C i 70 minutter.

Reaktantene hadde på dette tidspunkt et Durran's smeltepunkt på 100 — 105° C og en epoxyd-ekvivalent på 1 824, hvilket viste en omsetning av 83,5 %. Reaktantene ble helt i metallbeholdere og ble anbragt i en ovn ved 125° C. Etter 2 timer i ovnen hadde harpiksreaktantene et smeltepunkt på 190 — 200° C og en epoxyd-ekvivalentvekt på 18 000. Temperaturen i ovnen ble hevet til 150° C og produktet ble oppvarmet ved denne temperatur i 9 timer. Det erholdte produkt hadde et smeltepunkt på 230 — 250° C og intet epoxydinnhold. Gardner-Holdt-viskositeten var V til W og Gardner-farven var 1 til 2 ved 20 % ikke-flyktig materiale i monobutyletheren av diethylenglycol.

Eksempel 3:

I en egnet reaksjonskolbe utstyrt som i Eksempel 1, ble innført 171,5 deler av diglycidyletheren av Bisphenol A, med epoxyd-ekvivalentvekt på 171,5, og 114,1 deler Bisphenol A med frysepunkt 153° C. Forholdet mellom epoxyd- og fenoliske hydroxylekvivalenter var 1 til 1. Varme ble tilført og ved 55° C begynte omrøringen. Da en klar oppløsning var oppnådd ved en temperatur på 75° C, ble 0,7 deler dimethylformamid tilsatt. Temperaturen ble hevet til 125° C og ble holdt ved 122 — 128° C i en time under omrøring. Kolbeinnholdet ble helt i metallbeholdere og ble oppvarmet i en ovn ved 125° C i 2 timer og ved 150° C i 19 timer. Harpiksproduktet hadde et smeltepunkt på 185 — 290° C, en viskositet på Z-l til Z-2 og en farve av 3 ved 20 % ikke-flyktige stoffer i monobutyletheren av diethylenglycol, og intet epoxydinnhold.

Eksempel 4:

I en egnet reaksjonskolbe utstyrt som i Eksempel 1 ble innført 744 deler av diglycidyletheren av Bisphenol A, med epoxyd-ekvivalentvekt 186, og 456 deler Bisphenol A, med frysepunkt 153° C. Forholdet mellom epoxyd- og fenolisk hydroxylekvivalenter var 1 til 1. Varme og om-røring ble anvendt til å heve temperaturen til 118° C for å oppløse Bisphenol A. Temperaturen ble senket til 104° C og 331 deler dimethylacetamid ble tilsatt til reaktantene. Temperaturen ble hevet til 125° C og ble holdt ved 123 — 130° C i 70 minutter under omrøring. Epoxyd-ekvivalent-vekten var 1627, tilsvarende 82 % reaksjon av epoxydgruppene. Reaktantene ble helt i en me-tallbeholder og ble anbragt i en ovn ved 125° C. Ovnstemperaturen ble sakte hevet til 150° C i løpet av 38 minutter og temperaturen ble holdt ved 150° C i 21 timer. Produktet hadde et smeltepunkt på 265—275° C, en viskositet på X til Y og en farve på 1 til 2 ved 20 % ikke-flyktig stoff i monobutyletheren av diethylenglycol, og intet epoxydinnhold.

Eksempel 5:

I en egnet reaksjonskolbe utstyrt som i Eksempel 1 ble innført 368,4 deler av diglycidyletheren av Bisphenol A, med epoxydekvivalentvekt 184,2 og 543,9 deler tetra-brom-Bisphenol A, idet forholdet av epoxyd-til fenoliske ekvivalenter var 1 til 1. Varme ble tilført og temperaturen hevet til 120° C da fullstendig oppløsning av reaktantene inntrådte. 1,65 deler dimethylaceta-midkatalysator ble tilsatt. Temperaturen ble holdt ved 118 — 123° C i 1,5 timer under omrø-ring, på hvilket tidspunkt epoxyd-ekvivalentvek-ten av reaktantene var 814, hvilket indikerte ca. 50 % omsetning av epoxydgruppene. Reaktantene ble så oppvarmet ved 140° C i en ovn i 22 timer. Produktet hadde et smeltepunktområde på 230 — 240° C og en viskositet av G til H og en farve på 2 til 3 ved 20 % ikke-flyktig materiale i monobutyletheren av diethylenglycol.

Eksempel 6:

I et egnet reaksjonkar utstyrt med termometer og mekanisk rører ble innført i 1859 deler av diglycidyletheren av Bispenol A, med epoxyd-ekvivalentvekt på 185,9, og 1107,3 deler Bisphenol A, med frysepunkt 153° C, idet det molare forhold av epoxydgrupper til fenoliske grupper var 1,03 til 1. Varme ble tilført til reaktantene slik at temperaturen ble hevet til 120° C for å opp-løse Bisphenol A i epoxydforbindelsen. Etter at oppløsning var oppnådd ble 8,27 deler dimethylacetamid tilsatt. Etter en time ved 117 — 129° C

under omrøring, ble reaktantene anbragt i en

ovn ved 140° C. Etter 22 timer ved 140° C smeltet

harpiksproduktet ved 255—265° C og hadde en viskositet på Z til Z, og farve på 2 ved 20 % ikke-flyktig materiale i monobutyletheren av diethylenglycol.

Eksempel 7:

I et egnet reaksjonskar utstyrt som tidligere beskrevet ble innført 173,6 deler av diglycidyletheren av Bisphenol A med epoxyd-ekvivalentvekt 186,8, og 226 deler Bisphenol A med frysepunkt 153° C, idet forholdet av epoxydekvivalen-ter til fenoliske ekvivalenter var 1,0 til 0,99. Varme ble tilført hvorved temperaturen av reaktene ble hevet til 120° C for å oppløse Bisphenol A i epoxydforbindelsen. 0,926 deler tri-n-butylamin ble tilsatt til reaktantene ved 120° C og reaktantene ble oppvarmet under omrøring i en time ved

120 — 127° C. Reaktantene ble så anbragt i en

ovn ved 140° C i 22 timer. Det dannede produkt smeltet ved 225 — 235° C og hadde en viskositet på V til W og en farve på 3 til 4 ved 20 % ikke-flyktig materiale i monobutyletheren av diethylenglycol.

Eksempel 8:

I en egnet reaksjonskolbe utstyrt med termometer, mekanisk rører og kjøler ble innført 8,88 deler butadiendioxyd (epoxyd-ekvivalentvekt 44,4), 34,32 deler diglycidylether av Bispenol A (epoxyd-ekvivalentvekt 171,6) og 45,66 deler Bisphenol A. Varme ble tilført for å oppløse reaktantene i hverandre. Ved 100° C ble 0,34 deler N,N-dimethylacetamid tilsatt. Oppvarmning under omrøring ble fortsatt i en time ved 120 — 130° C. Kolbeinnholdet ble så oppvarmet uten omrøring i en ovn ved 125° C i 22 timer. Det dannede produkt hadde et smeltepunkt på 220 — 230° C, en viskositet på C og farve på 2 til 3 ved 20 % ikke-flyktig materiale i monobutyletheren av diethylenglycol.

Eksempel 9:

I en reaksjonskolbe utstyrt som beskrevet i Eksempel 8 ble innført 294 deler av diglycidyletheren av hydrokinon (epoxyd-ekvivalentvekt 147) og 230,6 deler Bisphenol A (frysepunkt 155° C). Varme ble tilført for å oppløse reaktantene i hverandre. Ved 120° C, etter at oppløsning var oppnådd, ble 1,71 deler N,N-dimethylacetamid tilsatt til kolben. Kolbeinnholdet ble oppvarmet ved 120 — 129° C i 1,5 timer under om-røring. Ved slutten av denne oppvarmningspe-riode ble reaktantene anbragt i en ovn og oppvarmet ved 140° C i 2 timer og 23 minutter. Den dannede polymer hadde et smelteområde på 140 — 150° C, og en viskositet på J til K ved 20 % ikke-flyktige bestanddeler i monobutyletheren av diethylenglycol. Etter ytterligere 2 timers oppvarmning hadde den dannede høymolekylære polymer et smeltepunkt over 300° C, en viskositet av U og en farve på 4 ved 20 % ikke-flyktig materiale i monobutyletheren av diethylenglycol.

Eksempel 10:

I en reaksjonskolbe utstyrt som i Eksempel 8 ble innført 379,8 deler av diglycidyletheren av Bisphenol A (epoxyd-ekvivalentvekt 189,9) og 160,2 deler 1,5-nafthalen-diol. Varme ble tilført for å oppløse reaktantene i hverandre. Da opp-løsning var oppnådd og temperaturen var 120° C, ble 3,97 deler N,N-dimethylbenzamid tilsatt. Oppvarmning under omrøring ble fortsatt i en time, idet temperaturen ble holdt mellom 120° C og 130° C. Reaktantene ble så anbragt i en ovn ved 125° C i 2 timer og 35 minutter. Den dannede polymer hadde et smeltepunkt på 250 — 260° C og en viskositet på X til Y ved 20 % ikke-flyktig materiale i monobutyletheren av diethylenglycol.

Alle harpiksene fremstilt i Eksempel 2 — 10 ble påført på blikkplater oppvarmet på lignende måte som beskrevet i Eksempel 1. Alle filmene eller beleggene fremstilt på denne måte viste seg å ha egenskaper i likhet med filmene fremstilt i Eksempel 1.

Eksempel 11:

I en reaksjonskolbe utstyrt som i Eksempel 9, ble innført 186,8 deler av diglycidyletheren av 1,4-butandiol (epoxyd-ekvivalentvekt 147,5) og 143,8 deler polycarbonat-kvalitet Bisphenol A. Varme ble tilført for å oppløse reaktantene i hverandre. Ved 120° C da oppløsning var oppnådd, ble 1,74 deler N,N-dimethylacetamid tilsatt. Oppvarmningen ble fortsatt i 4 timer og 17 minutter ved 120 — 130° C. Reaktantene ble så anbragt i en 125° ovn og ble oppvarmet i 64 timer o<g 25 minutter. Man fikk en høymolekylær termoplastisk polymer uten epoxydgrupper. 6 deler av den termoplastiske polymer ble oppløst i 8,8 deler ethylenglycolmonomethyletheracetat, 7,1 deler methylethylketon og 2,8 deler toluen. Til denne oppløsning ble tilsatt 3,5 deler av en bu-tylert urea-formaldehydharpiks med 60 faststoff i xylen og butanol. 0,05 mm tykke filmer ble fremstilt på elektrolytisk fortynnede plater og ble oppvarmet ved 150° C i 30 minutter. De vel-herdede filmer hadde utmerket vedheftning, skademotstandsdyktighet og fleksibilitet.

Eksempel 12:

I en egnet reaksjonskolbe utstyrt med mekanisk rører, termometer og kjøler ble innført 1860 deler diglycidylether av Bisphenol A (epoxyd-ekvivalentvekt 186) og 1141,5 deler Bisphenol A (frysepunkt 153° C). Varme ble tilført for å opp-løse reaktantene i hverandre. Da oppløsning var oppnådd og temperaturen var 119° C ble 8,27 deler dimethylacetamid tilsatt. Oppvarmningen ble fortsatt i 53 minutter under omrøring mens temperaturen ble holdt mellom 119 og 137° C.

431,9 deler av reaksjonsproduktet ble over-ført til en annen reaksjonskolbe utstyrt som beskrevet ovenfor. Ved 108° C ble 431,2 deler findelt aluminiumpulver tilsatt til kolben og omhyggelig dispergert i reaktantene i løpet av 7 minutter.

Harpiks-alurniniumblandingen ble så helt i en form og ble anbragt i en ovn ved 128° C. Ovnstemperaturen ble hevet til 140° C i løpet av 3 timer og reaktantene ble oppvarmet ved 140° C i 16 timer og 47 minutter. Et meget hårdt alu-miniumsfylt, termoplastisk støp ble erholdt.

Eksempel 13:

I en reaksjonskolbe utstyrt som beskrevet i Eksempel 12 ble innført 368,4 deler av diglycidyletheren av Bispenol A (epoxyd-ekvivalentvekt

184,2) og 223,7 deler Bisphenol A (frysepunkt 155° C). Varme ble tilført for å oppløse reaktantene i hverandre. Da oppløsning var oppnådd og

temperaturen var 118° C ble 1,65 deler dimethyl-acetamin tilsatt. Oppvarmningen ble fortsatt i 52 minutter ved 118 — 128° C. 118,4 deler mikroni-sert polyethylen ble tilsatt til reaktanten i løpet av 43 minutter mens temperaturen ble holdt ved 116 — 122° C. Polyethylenet ble omhyggelig dispergert i harpiksen under omrøring i løpet av en time mens temperaturen sakte ble hevet til 170° C. Harpiks-polyethylenblandingen ble så anbragt i en ovn i 18,5 timer ved 140° C. Man fikk et hårdt, homogent støp av harpiks og fyllstoff.

Eksempel 14:

I en reaksjonskolbe utstyrt som i Eksempel 12 ble innført 368,4 deler av diglycidyletheren av

Bisphenol A (epoxyd-ekvivalentvekt 184,2) og 223,7 deler Bisphenol A (frysepunkt 155° C). Varme ble tilført og ved 111° C ble 1,65 deler dimethylacetamid tilsatt. Temperaturen ble hevet til 125° C i løpet av 9 minutter og 29,7 deler findelt polystyren ble tilsatt. Polystyren ble omhyg gelig dispergert i harpiksen under omrøring i lø-pet av en time og 51 minutter mens temperaturen langsomt ble hevet til 225° C. 2,5 deler diethyl-dodecanamid ble oppløst i reantantene og reaktantene ble anbragt i en ovn ved 140° C. Etter 41 timers opphetning hadde det dannede produkt et smeltepunkt på 215 — 225° C og en viskositet av E ved 20 % ikke-flyktig materiale i dimethylacetamid.

Eksempel 15: I et egnet reaksjonskar utstyrt med rører og termometer ble innført 368,4 deler av diglycidyletheren av p,p'-dihydroxydifenyl-propan (epoxyd-ekvivalentvekt 184,2) og 224 deler p,p'-dihydroxydifenyl-propan. Varme ble tilført og ved 115° C var en homogen oppløsning erholdt. Ved 120° C ble 1,65 deler N,N-dimethylacetamid tilsatt. Reaktantene ble oppvarmet ved 120 — 138° C i en time under omrøring og ble derpå oppvarmet i en time i en 147° C ovn. Etter denne oppvarmning hadde reaktantene en epoxydekvivalentvekt på 6366 og et smeltepunkt på 145 — 155° C. Reaksjonsproduktet ble malt til et fint pulver i en morter og 459 deler av pulveret ble dispergert i 1000 deler vann inneholdende 3,1 deler oppløst natriumhydroxyd. Etter oppvarmning i 25 timer ved en 80 — 90° C ble en prøve av de dispergerte harpiksreaktanter tatt ut og tørret. Prøven hadde en epoxydekvivalentvekt på 28690 og et smeltepunkt på 180—190° C. Videre opphetning av dispersjonen i 56 timer da en harpiks med en epoxyd-ekvivalentvekt på 50 500 og et smeltepunkt på 210—220° C.

Eksempel 16: Ved anvendelse av samme fremgangsmåte som i Eksempel 1 ble 2 088 deler av diglycidyletheren av Bisphenol A (epoxyd-ekvivalentvekt 174) omsatt med 1,356 deler Bisphenol A under anvendelse av 8,53 deler tri-n-butylamin som katalysator. Reaktantene ble oppvarmet ved 125° C i 1,75 timer. Det lavmolekylære produkt hadde et Durran's smeltepunkt på 100° C. Pro duktet ble så varmeeldet i 22 timer ved 125° C. Den dannede høymolekylære, termoplastiske harpiks hadde følgende fysikalske egenskaper:

<*>Society of Plastics Engineers, 2 Ist Annual Technical Conference Technical Papers, Volume XI, side lff.

Eksempel 17: Ved anvendelse av samme fremgangsmåte som i Eksempel 12 — 14 ble der fremstilt et fylt støp ved å omsette 186,8 deler av diglycidyletheren av Bisphenol A (epoxyd-ekvivalentvekt 186,8) ,111,8 deler Bisphenol A (frysepunkt 155°C) og 0,83 deler N,N-dimethylacetamid med 298,6 deler kobberpulver. Den termoplastiske polymer smeltet ved 240 — 260° C.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av høymole-kylære, termoplastiske polyhydroxypolyetherharpikser, med et smeltepunkt på over 200° C, fortrinnsvis over 250° C, ifølge hvilken et diepoxyd og en difenol omsettes i et forhold av 1 epoxygruppe til fra 0,95 til 1,05 fenolisk hydroxylgruppe i nærvær av en basisk, organisk katalysator, karakterisert ved at omsetningen skjer ved en temperatur på 75 til 140° C, fortrinnsvis 110 til 130° C, og under den eksoterme topptemperatur for reaksjonen, og at omsetningsproduk-tet varmeeldes i nærvær av en basisk, organisk katalysator ved en temperatur fra 90° til 175° C.