DE1251530B - Process for the production of binary copolymers of Tnoxane - Google Patents
Process for the production of binary copolymers of TnoxaneInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
C08gC08g
Deutsche Kl.: 39 c-19German class: 39 c-19
Nummer: 1 251 530Number: 1 251 530
Aktenzeichen: F 46374 IV d/39 cFile number: F 46374 IV d / 39 c
Anmeldetag: 19. Juli 1963 Filing date: July 19, 1963
Auslegetag: 5. Oktober 1967Open date: October 5, 1967
Es ist bekannt, als Kunststoffe brauchbare Polyoxymethylene entweder durch anionische Polymerisation von Formaldehyd oder durch kationische Polymerisation von Trioxan, dem cyclischen Trimeren des Formaldehyds, herzustellen, wobei man Produkte von hohem Molekulargewicht erhält. Homopolymeres Polyoxymethylen enthält instabile endständige Halbformalgruppen und wird bei thermischer Beanspruchung bis auf einen geringen Prozentsatz nach der sogenannten Reißverschlußreaktion unter Bildung von monomerem Formaldehyd abgebaut. Bei dieser Reaktion entsteht jeweils beim Abbau eines Halbformalmoleküls eine neue instabile Halbformalendgruppe am Makromolekül.It is known that polyoxymethylenes which can be used as plastics either by anionic polymerization of formaldehyde or by cationic polymerization of trioxane, the cyclic trimer of formaldehyde to produce high molecular weight products. Homopolymer Polyoxymethylene contains unstable terminal semi-formal groups and is exposed to thermal stress except for a small percentage after the so-called zipper reaction with the formation of degraded monomeric formaldehyde. In this reaction, a semi-formal molecule is formed when a half-formal molecule is broken down a new unstable semi-formal end group on the macromolecule.
Um Polyoxymethylene mit endständigen Halbformalgruppen in technisch verwertbare Kunststoffe überzuführen, ist es notwendig, die Endgruppen z. B. durch Veresterung zu stabilisieren. Hierzu wird das Polymerisat z.B. in Essigsäureanhydrid bei 16O0C aufgelöst. Nach der Veresterung ist es erforderlich, das überschüssige Essigsäureanhydrid und die entstandene Essigsäure durch umständliche Reinigungsoperationen wieder aus dem Polymerisat zu entfernen. Außerdem sind die so stabilisierten Polymeren wegen der Verseifungsgefahr unbeständig gegenüber Alkalien. Trotz der an sich recht wirksamen Stabilisierung der Produkte durch Veresterung besteht die Gefahr des Wiedereinsetzens einer Reißverschlußreaktion, wenn eine solche durch Endgruppenveresterung stabilisierte Molekülkette im inneren Teil der Kette z. B. unter der Einwirkung erhöhter Temperaturen bricht. Das gilt auch für Produkte, deren Endgruppen veräthert wurden. Bei der Endgruppenverätherung ist darüber hinaus die Einstellung des Molekulargewichts schwierig.In order to convert polyoxymethylenes with terminal semi-formal groups into technically usable plastics, it is necessary to remove the end groups z. B. to stabilize by esterification. For this purpose, for example, the polymer is dissolved in acetic anhydride at 16O 0 C. After the esterification, it is necessary to remove the excess acetic anhydride and the acetic acid that has formed from the polymer again by laborious cleaning operations. In addition, the polymers stabilized in this way are not resistant to alkalis because of the risk of saponification. Despite the actually quite effective stabilization of the products by esterification, there is a risk of a re-establishment of a zipper reaction if such a molecular chain stabilized by end group esterification in the inner part of the chain z. B. breaks under the action of elevated temperatures. This also applies to products whose end groups have been etherified. In addition, in the case of end group etherification, it is difficult to adjust the molecular weight.
Günstige Ergebnisse der Stabilisierung von PoIyoxymethylenen
erhält man dadurch, daß man Trioxan mit gesättigten cyclischen Äthern, cyclischen Carbonaten
oder cyclischen Formalen, wie z. B. Äthylenoxyd oder Diäthylenglykolformal, copolymerisiert. Zum
Zweck der Stabilisierung werden nach der Polymerisation die instabilen Endgruppen der Copolymerisate
durch Hydrolyse abgebaut, wobei die Reißverschlußreaktion nur bis zu den Comonomerenmolekülen geht.
Wenn bei der Verarbeitung des Polymerisates die Molekülkette thermisch gespalten wird, so kann die
betreifende Kette auch nur bis zu den nächsten Comonomerenmolekülen
abgebaut werden, wodurch eine bessere Thermostabilität erreicht wird. Copolyacetale,
insbesondere Copolymerisate mit hohem Gehalt an Polyoxymethyleneinheiten, von hohem
Molekulargewicht und hinreichender Stabilität, werden Verfahren zur Herstellung von binären
Copolymerisaten des TrioxansFavorable results of the stabilization of polyoxymethylenes are obtained by treating trioxane with saturated cyclic ethers, cyclic carbonates or cyclic formals, such as. B. ethylene oxide or diethylene glycol formal, copolymerized. For the purpose of stabilization, the unstable end groups of the copolymers are broken down by hydrolysis after the polymerization, the zipper reaction only going as far as the comonomer molecules. If the molecular chain is thermally cleaved during processing of the polymer, the chain in question can only be broken down as far as the next comonomer molecules, as a result of which better thermal stability is achieved. Copolyacetals, in particular copolymers with a high content of polyoxymethylene units, of high molecular weight and sufficient stability, are processes for the production of binary
Copolymers of trioxane
Anmelder:Applicant:
Farbwerke Hoechst AktiengesellschaftFarbwerke Hoechst Aktiengesellschaft
vormals Meister Lucius & Brüning, Frankfurt/M.formerly Master Lucius & Brüning, Frankfurt / M.
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dipl.-Chem. Dr. Klaus Weissermel,Dipl.-Chem. Dr. Klaus Weissermel,
Frankfurt/M.- Höchst;Frankfurt / M.- Höchst;
Dipl.-Chem. Dr. Edgar Fischer,Dipl.-Chem. Dr. Edgar Fischer,
Frankfurt/M.- Schwanheim;Frankfurt / M.- Schwanheim;
Dipl.-Chem. Dr. Claus Schott, Hofheim (Taunus)Dipl.-Chem. Dr. Claus Schott, Hofheim (Taunus)
bereits auf verschiedenen Gebieten, unter anderem für die Herstellung gespritzter und extrudierter Kunststoffgegenstände, die auch bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden können, mit Erfolg verwendet.already in various fields, including the manufacture of injection-molded and extruded plastic objects, which can also be used at elevated temperatures, have been used with success.
Weiterhin ist bekannt, ternäre Copolymerisate aus Trioxan, cyclischen Äthern oder Formalen und bifunktionellen Verbindungen herzustellen, die bereits während der Polymerisation vernetzen.It is also known ternary copolymers of trioxane, cyclic ethers or formals and bifunctional Establish compounds that crosslink during polymerization.
Es wurde nun gefunden, daß binäre Copolymerisate des Trioxans durch Polymerisieren von 90 bis 99,99 Gewichtsprozent Trioxan mit 0,01 bis 10 Gewichtsprozent einer bifunktionellen Verbindung in Gegenwart von kationisch wirksamen Katalysatoren bei Temperaturen von —50 bis +1000C vorteilhaft hergestellt werden können, wenn man als bifunktionelle Verbindungen Comonomere, die erstens eine cyclische Ätheroder cyclische Acetalgruppe und zweitens eine cyclische Carbonatgruppe enthalten, oder deren Präpolymerisate verwendet.It has now been found that binary copolymers of trioxane can be advantageously prepared by polymerizing from 90 to 99.99 percent by weight of trioxane with 0.01 to 10 weight percent of a bifunctional compound in the presence of cationically active catalysts at temperatures of -50 to +100 0 C if, as bifunctional compounds, comonomers containing firstly a cyclic ether or cyclic acetal group and secondly a cyclic carbonate group, or prepolymers thereof, are used.
Bei der Copolymerisation mit Trioxan bei Temperaturen zwischen —50 und +1000C nimmt zunächst lediglich die cyclische Äther- bzw. Acetalgruppe an der Reaktion teil, während die Carbonatgruppe intakt bleibt.In the copolymerization with trioxane at temperatures between -50 and +100 0 C initially participates only the cyclic ether or acetal in the reaction, while the carbonate group remains intact.
Die erfindungsgemäß hergestellten Copolymerisate können zur Herstellung von Schaumstoffen verwendet werden. Es erweist sich als zweckmäßig, in diesem Fall das durch Copolymerisation erhaltene Produkt in geschmolzenem Zustand in die beabsichtigte Form zu bringen und anschließend zu verschäumen. Es ist auch möglich, das CO2 z. B. in einem geeigneten, mit einer Vakuumvorrichtung versehenen Extruder abzu-The copolymers produced in accordance with the invention can be used to produce foams. In this case, it has proven to be expedient to bring the product obtained by copolymerization in the molten state into the intended shape and then to foam it. It is also possible to use the CO 2 z. B. in a suitable extruder equipped with a vacuum device.
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ziehen und das entgaste Produkt etwa durch 1Z2- bis lstündiges Tempern auf 180 bis 2200C in einen schwer schmelzbaren gehärteten Stoff überzuführen. Für das erfindungsgemäße Verfahren kommen als bifunktionelle Verbindungen Comonomere, die je eine cyclische Äther-, vorzugsweise eine Epoxydgruppe, bzw. cyclische Acetalgruppe und eine cyclische Carbonatgruppe enthalten, sowie Präpolymere dieser Verbindungen in Betracht. Dabei sind die aliphatischen und cycloaliphatischen bifunktionellen Verbindungen den aromatischen überlegen, da der aromatische Kern infolge einer Kettenübertragungsreaktion zu niedrigen Molekulargewichten führen kann, was für manche Zwecke unerwünscht ist.draw and convert the degassed product into a hard-to-melt hardened substance by tempering for about 1 Z 2 to 1 hour at 180 to 220 0 C. Suitable bifunctional compounds for the process according to the invention are comonomers which each contain a cyclic ether group, preferably an epoxy group, or a cyclic acetal group and a cyclic carbonate group, and prepolymers of these compounds. The aliphatic and cycloaliphatic bifunctional compounds are superior to the aromatic compounds, since the aromatic nucleus can lead to low molecular weights as a result of a chain transfer reaction, which is undesirable for some purposes.
Besonders interessant sind wegen ihrer guten Reaktionsfähigkeit und leichten Zugänglichkeit /?,y-Epoxypropoxy-/3'-y'-carbonato-propoxyalkane der allgemeinen FormelBecause of their good reactivity and easy accessibility, / ?, y-epoxypropoxy- / 3'-y'-carbonato-propoxyalkanes are of particular interest the general formula
CH2- CH — CH2 — O —CH 2 - CH - CH 2 - O -
n- O — CH2 — CH CH2 n - O - CH 2 - CH CH 2
O — CO — OO - CO - O
wobei insbesondere solche, gegebenenfalls verzweigte Verbindungen mit η = 1 bis 8 geeignet sind. Ferner sind Glycerin-l-glycidyläther-2,3-carbonat, 2,4,6-Trioxa-3-oxobicyclo[3,l,0]hexan und 3,5,8-Trioxa-4-oxobicyclo[5,l,0]octan bzw. Präpolymere dieser Verbindungen äußerst wirksam.in particular those, optionally branched, compounds with η = 1 to 8 are suitable. Furthermore, glycerol-l-glycidyl ether-2,3-carbonate, 2,4,6-trioxa-3-oxobicyclo [3, l, 0] hexane and 3,5,8-trioxa-4-oxobicyclo [5, l, 0] octane or prepolymers of these compounds are extremely effective.
Die kationische Polymerisation kann nach an sich bekannten Methoden erfolgen, in Substanz, in Lösung oder in Suspension. Als Lösungsmittel können aliphatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere solche mit 6 bis 18 C-Atomen und aliphatische, vorzugsweise Chlor oder Fluor enthaltende Halogenkohlenwasserstoffe, insbesondere solche mit 1 bis 4 C-Atomen oder aliphatische Äther mit 2 bis 4 C-Atomen, verwendet werden. Besonders glatt verläuft die Polymerisation in Substanz.The cationic polymerization can be carried out by methods known per se, in bulk, in solution or in suspension. Aliphatic hydrocarbons, especially hydrocarbons, can be used as solvents with 6 to 18 carbon atoms and aliphatic, preferably chlorine or fluorine-containing halogenated hydrocarbons, in particular those with 1 to 4 carbon atoms or aliphatic ethers with 2 to 4 carbon atoms are used will. The bulk polymerization is particularly smooth.
Es wird bei Temperaturen gearbeitet, bei denen das Trioxan nicht auskristallisiert, also je nach verwendetem Lösungsmittel bei —50 bis +1000C, in Abwesenheit von Lösungsmitteln bei +20 bis +1000C, vorzugsweise aber bei +60 bis +80°C.It is operated at temperatures at which trioxane does not crystallize out, that is, depending on the solvent used at -50 to +100 0 C, n i the absence of solvents at +20 to + 100 0 C, but preferably at +60 to + 80 ° C.
Als Katalysatoren können alle Substanzen verwendet werden, die eine kationische Polymerisation auszulösen vermögen, wie z. B. anorganische und organische Säuren, Säurehalogenide und insbesondere Lewis - Säuren (Definition der Lewis - Säuren s. Kortüm, Lehrbuch der Elektrochemie, Wiesbaden, 1948, S. 300 und 301). Von den letzteren sind Bortrifluoridätherate gut brauchbar. Sehr gut geeignet sind auch Diazoniumfluorborate. Grundsätzlich können aber alle bekannten, z. B. die in der belgischen Patentschrift 585980 beschriebenen, kationischen Katalysatoren verwendet werden.All substances that trigger a cationic polymerization can be used as catalysts fortune, such as B. inorganic and organic acids, acid halides and in particular Lewis acids (definition of Lewis acids see Kortüm, Textbook of Electrochemistry, Wiesbaden, 1948, pp. 300 and 301). Of the latter, boron trifluoride etherates are very useful. Very suitable are also diazonium fluoroborates. In principle, however, all known, z. B. the one in the Belgian Patent specification 585980 described, cationic catalysts can be used.
Die Konzentration der Katalysatoren kann in weiten Grenzen schwanken. Sie ist abhängig von der Art des Katalysators und davon, ob hochmolekulare oder niedermolekulare Copolymerisate hergestellt werden sollen. Sie kann zwischen 0,0001 und 1 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Monomerenmischung, liegen. Im allgemeinen werden 0,001 bis 0,1 Gewichtsprozent Katalysator verwendet.The concentration of the catalysts can vary within wide limits. It depends on the Type of catalyst and whether high or low molecular weight copolymers are produced should be. It can be between 0.0001 and 1 percent by weight, based on the total monomer mixture, lie. Generally from 0.001 to 0.1 weight percent catalyst is used.
Da der Katalysator insbesondere in Gegenwart von Feuchtigkeit dazu neigt, das Polymere zu zersetzen, empfiehlt es sich, ihn direkt nach Ablauf der Polymerisation zu neutralisieren, z. B. mit Ammoniak oder mit methanolischen bzw. acetonischen Lösungen primärer, sekundärer oder tertiärer Amine, vorzugsweise solcher von aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 4 C-Atomen, sowie Mono-, Di- oder Triäthanolamin. Since the catalyst tends to degrade the polymer, especially in the presence of moisture, it is advisable to neutralize it immediately after the end of the polymerization, e.g. B. with ammonia or with methanolic or acetone solutions of primary, secondary or tertiary amines, preferably those of aliphatic hydrocarbons with 1 to 4 carbon atoms, as well as mono-, di- or triethanolamine.
Die Entfernung von instabilen Halbacetalendgruppen kann wie bei anderen Copolyacetalen in bekannter Weise erfolgen. Zweckmäßig ist die Aufschlämmung des Polymeren in wäßrigem Ammoniak bei Temperaturen von 100 bis 2000C, wobei auch ein Quellmittel, wie Methanol oder n-Propanol, zugegen sein kann, oder das Auflösen des Polymeren in einem alkalischen Medium bei Temperaturen über 100° C mit anschließendem Wiederausfällen. Als Lösungsmittel sind z. B. Benzylalkohol, Äthylenglykolmonoäthyläther oder ein Gemisch aus 60°/0 Methanol und 40°/0 Wasser geeignet sowie als Alkalien Ammoniak und aliphatische Amine.The removal of unstable hemiacetal end groups can be carried out in a known manner, as in the case of other copolyacetals. Suitably the slurry of the polymer in aqueous ammonia at temperatures of 100 to 200 0 C, whereby a swelling agent such as methanol or n-propanol, may be present, or dissolving the polymer in an alkaline medium at temperatures above 100 ° C with subsequent re-failure. As solvents are, for. B. benzyl alcohol, ethylene glycol monoethyl ether or a mixture of 60 ° / 0 methanol and 40 ° / 0 water as well as ammonia and aliphatic amines as alkalis.
Die Endgruppenstabilisierung kann aber auch in bekannter Weise in Abwesenheit von Lösungsmitteln in der Schmelze in Gegenwart von Stabilisatoren, zweckmäßig bei Temperaturen zwischen 160 und 200° C, erfolgen.The end group stabilization can, however, also be carried out in a known manner in the absence of solvents in the melt in the presence of stabilizers, expediently at temperatures between 160 and 200 ° C, take place.
Die Stabilisierung des Polymeren gegen den Einfluß von Wärme, Licht und Sauerstoff kann wie bei den bekannten Trioxan-Copolymerisaten erfolgen. Als Wärmestabilisatoren sind z. B. Polyamide, Amide mehrbasischer Carbonsäuren, Amidine und Harnstoffverbindungen geeignet, als Oxydationsstabilisatoren Phenole, insbesondere Bisphenole und aromatische Amine. Λ-Oxybenzophenonderivate eignen sich zur Lichtstabilisierung.The stabilization of the polymer against the influence of heat, light and oxygen can be carried out as in the known trioxane copolymers take place. As heat stabilizers, for. B. polyamides, amides Polybasic carboxylic acids, amidines and urea compounds suitable as oxidation stabilizers Phenols, especially bisphenols and aromatic amines. Λ-Oxybenzophenonderivate are suitable for Light stabilization.
Der technische Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren liegt darin, daß die erfindungsgemäß hergestellten Copolymerisate durch Erhitzen auf 180 bis 2200C infolge Reaktion der zweiten funktionellen Gruppe der bifunktionellen Verbindung unter Abspaltung von CO2, gegebenenfalls unter Zusatz von Amin- oder Hydroxylverbindungen, oder aber durch Tempern verzweigt bzw. vernetzt und dadurch in schwer- bis unschmelzbare Kunststoffgegenstände und schwer schmelzbare Schaumkörper übergeführt werden können, während bei den bekannten Verfahren eine Vernetzung bereits während der Polymerisation eintritt.The technical progress of the process according to the invention compared to the known processes is that the copolymers produced according to the invention are produced by heating to 180 to 220 ° C. as a result of the reaction of the second functional group of the bifunctional compound with elimination of CO 2 , optionally with the addition of amine or hydroxyl compounds, or they can be branched or crosslinked by tempering and thus converted into poorly fusible to infusible plastic objects and poorly fusible foam bodies, whereas in the known processes crosslinking occurs already during the polymerization.
96 Gewichtsteile flüssiges Trioxan und 4 Gewichtsteile Monocarbonat des Äthylenglykoldiglycidyläthers werden in ein 200-cm3-Schraubglas gebracht. Man gibt 30 mg p-Nitrophenyldiazoniumfluorborat zu und polymerisiert bei 7O0C. Nach beendeter Reaktion wird der Block gemahlen und mit Methanol, welches 1 °/0 Triäthanolamin enthält, ausgekocht. Nach der homogenen Hydrolyse des Produktes in Gegenwart von Diäthylenglykolmonoäthyläther in Gegenwart von l°/0 Amin, 1 Stunde bei 150°C und anschließendem Auskochen des Diäthylenglykolmonoäthyläthers mit Methanol erhält man ein weißes Pulver. Die Aus-96 parts by weight of liquid trioxane and 4 parts by weight of monocarbonate of ethylene glycol diglycidyl ether are placed in a 200 cm 3 screw-type glass. One gives 30 mg of p-Nitrophenyldiazoniumfluorborat to and polymerized at 7O 0 C. After the reaction, the block is ground and, boiled with methanol, which contains 1 ° / 0 triethanolamine. After the homogeneous hydrolysis of the product in the presence of diethylene glycol monoethyl ether in the presence of l ° / 0 amine at 150 ° C for 1 hour and then boiling the Diäthylenglykolmonoäthyläthers with methanol one obtains a white powder. From-
beute beträgt 50°/0, der Schmelzindex 1,23 und
= 0,61. Im Ultrarotspektrum des Polymerisats tritt bei 5,50 μ eine Carbonylbande auf, die dem cyclisehen
Carbonat zuzuordnen ist.booty is 50 ° / 0 , the melt index 1.23 and
= 0.61. In the ultra-red spectrum of the polymer, a carbonyl band occurs at 5.50 μ, which can be assigned to the cyclic carbonate.
Eine Mischung aus 98 g flüssigem Trioxan und 2 g 2,4,6-Trioxa-3-oxobicyclo[3,l,0]hexan und 30 mgp-Nitrophenyldiazoniumfluorborat wird im Wasserbad ίο bei 70° C polymerisiert und aufgearbeitet. Die Ausbeute an Polymerisat beträgt 53 % > *Ire<i = 0,56.A mixture of 98 g of liquid trioxane and 2 g of 2,4,6-trioxa-3-oxobicyclo [3, 1, 0] hexane and 30 mg of p-nitrophenyldiazonium fluoroborate is polymerized in a water bath at 70 ° C. and worked up. The polymer yield is 53%> * Ire <i = 0.56.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1251530B true DE1251530B (en) | 1967-10-05 |
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ID=604836
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEF46374A Pending DE1251530B (en) | Process for the production of binary copolymers of Tnoxane |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE1251530B (en) |
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- DE DEF46374A patent/DE1251530B/en active Pending
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