DE1568248A1 - Verfahren zur Herstellung von Carbonatgruppen enthaltenden Dihydroxyverbindungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Carbonatgruppen enthaltenden DihydroxyverbindungenInfo
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Description
CHEMISCHE WERKE HÜLS AG. " 4370 Marl, den 10. 2. 1966
- Patentabteilung - 1403/J
Unser Zeichen: O. Z. 2056
Verfahren zur Herstellung von Carbonatgruppen enthaltenden Dihydroxyverbindungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Carbonatgruppen
enthaltenden Diolen der allgemeinen Formel
CH. - O - C - O -)— CH. -/ H V- CH0OH,
2 η 2 V / i
in der die Mittelwerte für η 1 bis 9 betragen.
Es ist aus der deutschen Patentschrift 857 948 bereits bekannt, Polycarbonate
mit Hvdrox^lendgruppen herzustellen. Dazu werden die Bischlor kohlensäureester
von aliphatischen Diolen mit aliphatischen Diolen umgesetzt. Wegen der
Reaktionsträgheit aliphatischer Bischlor kohl ensäureester muß dieser Umsatz
bei erhöhten Temperaturen erfolgen. Das führt-zu Nebenreaktionen, in denen
durch Abspaltung von Kohlendioxid aus den Chlorkohlensäureestern oder durch
Substitution der Hydroxylgruppen durch den im Reaktionsgemisch vorhandenen
Chlorwasserstoff Cnloralkylverbindungen gebildet werden. Diese chlorhaltigen
Produkte können aufgrund der fehlenden Hydroxylendgruppen bei Polykondensationen
oder Pob'additionen als Kettenabbrecher wirken und die Herstellung
hochmolekularer Polycarbonate oder die Gewinnung langkettiger Polyurethane
durch Umsetzung mit Diisocyanaten verhindern (H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York, London, Sydney
1964, Seite 10).
Um die Bildung,von Chloralkylendgruppen zu verhindern, führt man nach der
JiI ·
genannten Patentschrift die Umsetzung der aliphatischen Bischlor kohlensäur e-130/65
,· · ~
90 98 88/172 7 bad original ;
10.2.1966
ester mit den aliphatischen Diolen bei vermindertem Druck aus. Auf diese
Weise soll der gebildete Chlorwasserstoff sofort aus dem Reaktionsmedium
entfernt werden. Durch diese Maßnahme läßt sich aber nur die Chloralkylbildung
aus Hydroxylgruppen und Chlorwasserstoff vermeiden, die Chloralkylbildung aufgrund der Abspaltung von Kohlendioxid aus den Chlorkohlensäureestern
wird durch den Unterdruck eher gefördert. In der Tat zeigte ein Vergleichsversuch,
daß bei der Umsetzung von 1, 4-Bis-{hydroxymethyl)-cyclohexan-bischlorcarbonat)
mit 1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan im Wasserstrahlvakuum ein Produkt resultierte, das 3 % Chlor enthielt.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die eingesetzten
Bischlorcarbonate in einer gesonderten Verfahrensstufe hergestellt werden müssen, z. B. aus Phosgen und aliphatischen Diolen nach DAS 1 187 6Q8.
In der USA-Patentschrift 3 046 255 wird die Herstellung von Polycarbonaten
durch Grenzflächen-Polykondensation von Bischlorcarbonaten oder Phosgen mit Diolen beschrieben. Als Chlorwasserstoffakzeptoren dienen dabei wäßrige
Lösungen bzw. Suspensionen von anorganischen alkalischen Substanzen. Bei diesem Verfahren wird der freiwerdende Chlorwasserstoff in die Chloride
von Alkalien oder Erdalkalien übergeführt und damit einer weiteren
technischen Verwendung entzogen. Der Anfall großer Mengen alkalischer Chloridlösungen stellt eine weitere Belastung dieses Kondensationsverfahrens
dar. .
Aus der USA-Patentschrift 2 999 844 ist es bekannt, dle^oiykondensation von—
Bischlorcarbonaten (bzw. von den aus Phosgen und Diolen entstehenden Zwischenprodukten)
mit Diolen in inerten organischen Lösungsmitteln wie Toluol oder Xylol durchzuführen. Als Chlorwasserstoffakzeptoren werden in diesem
Lösungsmittel Alkalihydroxide oder -carbonate suspendiert. Das sich bildende Wasser wird durch Azeotropdestillation aus dem Reaktionsgemisch entfernt.
Die bei dieser Arbeitsweise resultierenden Produkte sind gelbbraun gefärbt, was ihre Verwendungsmöglichkeiten sehr stark einschränkt. Außerdem ist
auch dieses Verfahren mit dem Anfall großer Mengen Alkalicarbonat (bzw.
909886/1777 '
10.2.1966 -hydroxid)-Alkalichlorid-Gemische belastet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem einstufigen Prozess
chlorfreie, farblose, Carbonatgruppen enthaltende Dihydroxoverbindungen
der obigen allgemeinen Formel herzustellen, ohne den dabei freiwerdenden Chlorwasserstoff in Chloride zu überführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man 1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan
und Phosgen in Molverhältnissen von 1 : 0, 5 bis
1 : 0, 9 in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels bei Atmosphärendruck
umsetzt.
1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan kann in seiner trans- oder cis-Form
oder als Gemisch beider Formen eingesetzt werden.
Als inerte Lösungsmittel kommen vorzugsweise solche in Betracht, deren
Siedepunkt bei Normaldruck zwischen 70 und 140eC liegt, z. B. Benzol,
Toluol oder Xylol.
Die Einstellung von η in den angegebenen Grenzen erfolgt in einfacher Weise
durch Variation des Molverhältnisses der eingesetzten Reaktionspartner. Wählt man z. B. ein Molverhältnis von 1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan
zu Phosgen wie 1 : 0,5, so resultiert nach folgender Gleichung (in der R den
1, 4-Dimethylen-cyclohexan-Rest bedeutet)
2 HO-R-OH + 1 COC1_ * HO -f R-O-C-O -fc— R-OH
& I! 1
+ 2 HCl
ein Carbonatgruppen enthaltendes Diol, in dem η = 1 ist. Bei einem Molverhältnis
von l,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan zu Phosgen wie 1 : 0, 9 resultiert
dagegen entsprechendToIgehder Gleichung________
10 HO-R-OH +9 COCl9 » HOfR-O-C-OVE-QH *T '
2 ' Il 9 BAD OBJGJNAL
909886/1727 ο
+ 18HCl
10.2.1966 ein Polvcarbonat, in dem der Mittelwert für η » 9 ist.
Zur Durchführung des Verfahrens wird die berechnete Menge Phosgen unter
kräftigem Rühren in das Gemisch von 1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan
und inertem Lösungsmittel bei Temperaturen nicht über 75eC, vorzugsweise
bei 20 bis 50eC, eingegast. Wird das Phosgen nicht mehr vollständig absorbiert,,
so setzt man das Einleiten bei tieferen Temperaturen, z. B. zwischen
5 und 20*C, fort. Der entstehende Chlorwasserstoff wird aus dem Reaktions- gemisch
in freier Form, gegebenenfalls im Inertgasstrom, ausgetrieben; er kann ohne weitere Reinigung einer technischen Verwendung zugeführt werden.
Das Lösungsmittel wird dann, gegebenenfalls bei vermindertem Druck, abdestilliert;
dabei fallen die oligomeren, Hydroxylendgruppen tragenden Carbonate in großer Reinheit und nahezu quantitativer Ausbeute als farbloser
Rückstand an.
Es ist überraschend, daß man durch das Verfahren der Erfindung praktisch
chlorfreie, Carbonatgruppen enthaltende Dihydroxyverbindungen herstellen kann, obwohl bei der Umsetzung des Diols mit Phosgen etwa die doppelte Menge
Chlorwasserstoff entsteht wie beim Einsatz von Bischlorcarbonaten und obwohl dieser Chlorwasserstoff weder durch säurebindende Mittel noch durch
verminderten Druck sofort aus dem Reaktionsmedium entfernt wird. Man erhält erfin dungs gemäß Produkte hoher Reinheit, die ohne einen anschließenden
Reinigungsprozess direkt zur Herstellung von hochmolekularen Polyaddukten oder -kondensaten geeignet sind. Zum Beispiel konnte ein nach dem Verfahren
der Erfindung hergestelltes oligomeres 1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexancarbonat
obiger Formel (n = 3) mit einem mittleren Molekulargewicht von 634
mit der äquimolaren Menge Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat ohne Zusatz
eines Beschleunigers zu einem linearen Polyurethan mit dem K-Wert SO umgesetzt werden.
Die oligomeren Carbonate sind ausgezeichnete Weichmacher, iB»besondere
für Polwinylhalogenide wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Misch polymerisate
aus Vinylchlorid und Vinylacetat. Sie finden außerdem als Piol-Komponente
zur Herstellung von Polyurethanen Verwendung.
309886/1727
10.2.1966
Das folgende Beispiel beschreibt die Herstellung eines oligomeren Carbonates
mit einer Carbonatgruppe (n = 1).
Ih eine Mischling aus 1154 Gewichtsteilen (8 Mole) 1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan
(50 % trans-Anteil) und 400 Gewichtsteilen Toluol werden bei ca. 47°C
396 Gewichtsteile (4 Mole) Phosgen innerhalb von 4 bis 5 Stunden unter kräftigem
Rühren eingeleitet. Das Reaktionsgemisch wird bei ca. 20"C 14 Stunden lang
gerührt und darauf unter Einleiten von Stickstoff innerhalb von 5 Stunden allmählich
auf 12Q0C erhitzt, wobei der Chlorwasserstoff entweicht und zuletzt To-.
luol abdestilliert. .Der Kolbeninhalt wird anschließend innerhalb von 3 Stunden
bei 12O0C/10 bist 1£ Torr von Lösungsmittelresten befreit. Als Rückstand fallen
1260 Gewichtsteite eines farblosen, transparenten und viskosen Carbonates mit
einer Hydroxylzahl von 369 an (siehe Tabelle 1).
Das folgende Beispiel beschreibt die Herstellung eines oligomeren Carbonates
mit 2 Carbonatgruppen (n = 2).
In ein Gemisch aus 865 Gewichtsteilen (6 Mole) 1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan
(50 % trans-Anteil) und 300 Gewichtsteilen Toluol werden bei 45 bis 5O0C
245 Gewichtsteile (2, 5 Mole) und anschließend bei 10 bis 150C 151 Gewichtsteile
(1, 5 Mole) Phosgen unter kräftigem Rühren eingeleitet. Das Reaktionsprodukt
wird ca. 15 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt und darauf innerhalb von
5 Stunden allmählich bis auf 1200C unter Durchleiten von Stickstoff erhitzt, wobei
restliche Mengen Chlorwasserstoff entfernt und zuletzt Toluol abdestilliert wird. Der Kolbeninhalt wird anschließend noclLS-StundenJang bei 120°C/5 bis
20 Torr behandelt. 960 Gewichtsteile eines transparenten, farblosen, oligomeren
Carbonate mit einer Hydroxylzahl von 239 (siehe Tabelle 1) fallen als Rückstand
an .
9 0 9 8 8 6 /17 2 7 ■ ,= -■..- badorigimäL
j ö ö ö ^ 4 d
- 6 - O. Z. 2056
10.2.1066
Das folgende Beispiel beschreibt die Herstellung eines oligomeren Carbonates
mit 3 Carbonatgruppen (n = 3).
In ein Gemisch aus 1152 Gewichtsteilen (8 Mole) 1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan
(50 % trans-Anteil) und 400 Gewichtsteilen Toluol werden bei 450C innerhalb
von 3 Stunden 365 Gewichtsteile (3, 7 Mole) Phosgen unter kräftigem Rühren
eingeleitet. Dann wird der Kolbeninhalt auf ca. 10eC abgekühlt und der Rest von
230 Gewichtsteilen (2, 3 Mol) Phosgen bei dieser Temperatur in weiteren 3 Stunden
eingegast. Die Reaktionsmischung wird bei ca. 2O0C 14 Stunden lang gerührt ,
wobei die Hauptmenge des entstandenen Chlorwasserstoffs entweicht. Unter Einleiten
von Stickstoff wird dann innerhalb von 4 Stunden auf 12 0"C erwärmt und
Toluol abdestilliert. Der Kolbeninhalt wird anschließend innerhalb von 3 Stunden
bei 12O0C/12 Torr von Lösungsmittelresten befreit, wobei man als Rückstand
1285 Gewichtsteile eines farblosen, transparenten, oligomeren Carbonates mit einer Hydrox-"lzahl von 176 erhält (siehe Tabelle 1).
Das folgende Beispiel beschreibt die Herstellung eines oligomeren Carbonates
mit 5 Carbonatgruppen (n = 5).
In eine Mischung aus 865 Gewichtsteilen BiS-(I, 4-hydroxymethyl)-cyclohexan
(6 Mole) und 350 Gewichtsteilen Toluol werden bei 45 bis 50"C 375 Gewichtsteile
(3, 8 Mole) und anschließend bei 10 bis 15°C 120 Gewichtsteile (1, 2 Mole) Phosgen
unter kräftigem Rühren eingeleitet. Das Reaktionsprodukt wird aufgearbeitet, wie unter Beispiel 3 beschrieben. Als Rückstand hinterbleiben 980 Gewichtsteile
eines farblosen und transparenten, oligomerenjCarbonates mit einer · Hydroxyl zahl
von 115 (siehe Tabelle 1). .
9 0 9 8 8 6 / 1 7 2 V JG/;Ml
copy
"156 8 2 45
O. Z. 2056 10.2.1966
Beispiel ■' Anzahl der Carla onatgruppen im
oligomeren Carbonat
oligomeren Carbonat
OH-Zahl
aus der OH-Zahl berechnetes MG
ebullioskop. · berechne bestimmtes ! tes MG
MG I
. 1
' 2
' 2
.3
• 5
369 239
I 176 115
304
469 637 975
320
430
630
430
630
i 314 ι
■ 484
i 655
995
/■'
94 Gewichtsteile (0, 35 Mol) 1, 4-Bis-(hydrox\rmethyl)-cyclohexan-bischlorcarbonc
(50 % trans-Anteil) und 72 Gewichtsteile (0, 5 Mol) 1, 4-Bis-(hydroxymethyl)-cycle
hexan (50 % trans-Anteil) werden vermischt und dann im Vakuum einer Wasserstrahlpumpe
2 Stunden lang auf 1100C, 5 Stunden lang auf 120°C und 2 Stunden lan
auf 15 0°C erhitzt,
Die Elementaranalyse des Produktes ergab einen Chlorgehalt von 3, 01 %. Das
Reaktions produkt ist-nicht geeignet zur Herstellung hochmolekularer Polykondensations-
oder Polyadditionsprodukte.
ORiGSNAL
909886/1727
Claims (1)
- 5 6 8 2 A fib. ζ. 205610.2.1966Pat entan s pruc hVerfahren zur Herstellung von Carbonatgruppen enthaltenden Diolen der allgemeinen FormelHO -ir CH0 —< H >— CH. - O - C - O -4— CH. -(H)-- CH.OHin der die Mittelwerte für η 1 bis 9 betragen,dadurch gekennzeichnet, daß man 1,4-Bis-(hydroxy-methyl)-eyelohexjjfri und Phosgen in Molverhältnissen von 1 : 0, 5 bis 1 : 0, 9 in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels bei Atmosphärendruck umsetzt. <| ■ßAD 909886/1727
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