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Dokumentenidentifikation DE10002877A1 18.10.2001
Titel Polycarbonsäuren, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung zur Behandlung von Cellulosefasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien
Anmelder Bayer AG, 51373 Leverkusen, DE
Erfinder Gerle, Michael, Dipl.-Chem. Dr., 50127 Bergheim, DE;
Ehlert, Hans-Albert, Dipl.-Ing., Singapore, SG;
Franke, Günter, Dipl.-Chem. Dr., 42799 Leichlingen, DE;
Meier, Helmut-Martin, Dipl.-Chem. Dr., 40883 Ratingen, DE
DE-Anmeldedatum 24.01.2000
DE-Aktenzeichen 10002877
Offenlegungstag 18.10.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2001
IPC-Hauptklasse C07C 67/313
IPC-Nebenklasse C07C 69/34   D01F 11/02   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zur Herstellung von speziellen Polycarbonsäuren, durch oxidative Spaltung von Doppelbindungen enthaltenden Verbindung mit Wasserstoffperoxid oder Wasserstoffperoxid-abgebenden Verbindung bereitgestellt. Die so erhaltenen Polycarbonsäuren zeichnen sich durch eine exzellente Säurestabilität und damit leicht Handhabbarkeit in wässriger Lösung aus und können zur Behandlung von Cellulosefasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien eingesetzt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft säurestabile Polycarbonsäuren, ein Verfahren zu deren Herstellung durch oxidative Spaltung von Doppelbindungen enthaltenden Verbindungen mit Wasserstoffperoxid oder Wasserstoffperoxid-abgebenden Verbindungen, die Verwendung der Polycarbonsäuren zur Behandlung von Cellulosefasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien sowie die derart behandelten Cellulosefasern, Textil- oder Papiermaterialien.

Textilien aus Cellulosefasern wie Baumwolle besitzen gegenüber synthetischen Fasern den Vorteil, hydrophil zu sein, was sich in hoher Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit und gutem Tragekomfort äußert. Ursache für die hohe Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit sind die quellbaren amorphen Bereiche der Cellulosefasern. Nachteilig ist allerdings die Tatsache, dass durch Waschen oder Schweiß gequollene Cellulose knittert und durch thermische und mechanische Behandlung wieder geglättet werden muss. Außerdem schrumpft Baumwolle beim Waschen, wodurch Textilien ihre ursprüngliche Form verlieren. Um diese Nachteile zu beseitigen, werden cellulosehaltige Fasern seit vielen Jahren mit Produkten behandelt, die durch Reaktion mit den Hydroxylgruppen der Cellulose die amorphen Teile der Fasern zum Teil vernetzen. Durch diese Behandlung behält das Textil beim Tragen und Waschen seine Form. Bevorzugt werden als Vernetzer methylolisierte Harnstoff oder Melaminderivate eingesetzt. Nachteilig bei diesen Verbindungen ist die Tatsache, dass sie bei der Ausrüstung und Benutzung des Textils Formaldehyd freisetzen können.

Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, alternative und ökologisch vorteilhaftere Produkte zur Behandlung von Textilien zu finden. Die Verwendung von Polycarbonsäuren wie Butantetracarbonsäure zur formaldehydfreien Textilausrüstung ist aus Text. Res. J. 37, 933 (1967) und US-A-4,820,307 prinzipiell bekannt.

Die Möglichkeit, Polycarbonsäuren durch oxidative Spaltung von Doppelbindungen enthaltenden Verbindungen herzustellen, ist ebenfalls bereits prinzipiell bekannt. So kann Butantetracarbonsäure durch oxidative Spaltung aus Tetrahydrophthalsäure mit Salpetersäure unter Vanadiumkatalyse hergestellt werden (J. Org. Chem. 30, 1488 (1965), DE-A-30 16 225, JP 59128350 A2). Nachteilig bei diesem Verfahren sind die aggressiven Reaktionsbedingungen, die dazu führen, dass ein Teil des eingesetzten Ausgangsmaterials sowie des Zwischen- und Endprodukts durch weitere Oxidationsreaktionen zersetzt werden. Außerdem entweichen bei der Reaktion giftige Stickoxide, die nur durch eine aufwendige Gaswäsche entfernt werden können. Als Nebenkomponenten werden bei dem Verfahren stickstoffhaltige Verbindungen gebildet, die bei der Verwendung als Textilvernetzer zu störenden Gelbfärbungen des ausgerüsteten Gewebes führen und nur durch aufwendiges Umkristallisieren entfernt werden können.

Besser geeignet als Oxidationsmittel ist daher Wasserstoffperoxid, da bei seiner Verwendung nur Wasser als Reaktionsprodukt entsteht. US-A-3,646,130 beschreibt die oxidative Spaltung von Cyclododecen mit Wasserstoffperoxid unter Verwendung von Re2O7 als Katalysator. Aus EP-A-0 122 804 ist ferner die oxidative Spaltung verschiedener Olefinen mit Wasserstoffperoxid unter Verwendung eines Katalysators bekannt, der aus H2WO4, H3PO4 und einem Phasentransferkatalysator hergestellt wird. In EP-A-0 123 495 werden verschiedene durch Dihydroxylierung von Olefinen erhältliche Zwischenprodukte unter Verwendung eines katalytischen Systems aus H2WO4 und H3PO4 mit Wasserstoffperoxid zu den entsprechenden Carbonsäuren gespalten.

EP-A-0 513 600 beschreibt die Herstellung von Carbonsäuren durch oxidative Aufarbeitung von mit Ozon umgesetzten Olefinen. Auch hier finden sich Hinweise zur Herstellung von Butantetracarbonsäure aus Tetrahydrophthalsäureanhydrid. Nachteilig bei diesem Verfahren ist aber die Verwendung von giftigem Ozon, dessen Herstellung außerdem energieaufwendig ist.

US-A-5,047,582 beschreibt die Herstellung von Polycarbonsäuren in einem zweistufigen Verfahren. In der ersten Stufe wird in einem nichtkatalysierten Verfahren aus einem Olefin die entsprechende Dihydroxylverbindung hergestellt, die in einer zweiten Stufe unter Verwendung verschiedener Übergangsmetallkatalysatoren in die entsprechende Polycarbonsäure gespalten wird.

EP-A-0 201 719 offenbart die Herstellung von Polycarbonsäuren wie Butantetracarbonsäure durch oxidative Spaltung von Olefinen wie Tetrahydrophthalsäureanhydrid mit Wasserstoffperoxid unter Verwendung von Wolfram- bzw. Molybdänsäure oder Wolfram- bzw. Molybdänheteropolysäuren.

EP-A-0 688 897 beschreibt die oxidative Spaltung von Tetrahydrophthalsäureanhydrid mit Wasserstoffperoxid unter Bildung von Butantetracarbonsäure sowie die Verwendung der so erhaltenen Butantetracarbonsäure zur Behandlung von Cellulosefasern.

In JP 08295649 A2 werden zur Herstellung von Butantetracarbonsäure Wolframverbindungen in Kombination mit stickstoffhaltigen heterocyclischen Carbonsäuren als Oxidationskatalysatoren verwendet.

Nachteilig an dem zuvor beschriebenen Stand der Technik ist die Tatsache, dass die erhaltene Butantetracarbonsäure keine ausreichende Säurestabilität in den anfallenden wässrigen Reaktionslösungen aufweist. Dies führt dazu, dass ein Teil der Butantetracarbonsäure als Feststoff ausfällt, der Rest aber in der wässrigen Phase gelöst bleibt. Derartige Lösungen mit Feststoffanteil sind aber für die Behandlung von Fasern oder Textilmaterialien ungeeignet. Die Butantetracarbonsäure muß daher durch Verdampfung des Wassers zunächst vollständig isoliert werden. Dies ist jedoch energieaufwendig und damit nicht ökonomisch. Zudem sind Vernetzer, die als Feststoff vorliegen, wenig attraktiv; die meisten gängigen Vernetzer für Cellulose werden aufgrund ihrer besseren Handhabbarkeit als wässrige Lösungen angeboten. Diese Nachteile sind der Grund dafür, dass Polycarbonsäuren wie Butantetracarbonsäure bisher keine kommerzielle Anwendung zur Ausrüstung von cellulosehaltigen Fasern oder daraus hergestellten Textilmaterialien gefunden haben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand somit darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Polycarbonsäuren hergestellt werden können, die eine ausreichende Säurestabilität in wässriger Lösung besitzen und für die Vernetzung von Cellulosefasern geeignet sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäuren durch

  • 1. Umsetzung von Verbindungen der Formeln (I) oder (II)





wobei

R1 und R2 gleich oder verschieden sind und H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C5-Alkyl bedeuten,

mit Verbindungen der Formel (III)



R3XH (III)



wobei X

X O, NH oder S und

R3 geradkettiges oder verzweigtes C1-C30-Alkyl,

geradkettiges oder verzweigtes C2-C30-Alkenyl,

C5-C12-Cycloalkyl,

-CHR4COOH,

worin

R4H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C5-Alkyl, -CH2OH,

CH(OH)COOH oder -CH2COOH bedeutet,

oder

-(CH2CR5R6Y)nR7,

wobei

Y für O oder NR8 steht,

R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C4- Alkyl, -CH2OH oder -CH2CH2OH bedeuten und

n eine ganze Zahl von 1-20 darstellt,

bedeuten, und

  • 1. anschließende Oxidation in Gegenwart von Wasserstoffperoxid oder einer Wasserstoffperoxid-freisetzenden Verbindung sowie eines Katalysators.

Gegenstand der Erfindung sind ferner die nach diesem Verfahren erhältlichen Polycarbonsäuren.

Als Edukte werden im erfindungsgemäßen Verfahren Verbindungen der Formeln (I) oder (II) eingesetzt. Hierbei handelt es sich um Tetrahydrophthalsäure, Tetrahydrophthalsäureanhydrid oder entsprechend substituierte Derivate hiervon. R1 und R2 sind gleich oder verschieden und stehen in den Formeln (I) und (II) bevorzugt für Wasserstoff oder Methyl. Besonders bevorzugt wird 1,2,3,6-Tetrahydrophthalsäureanhydrid zur Umsetzung mit Verbindung (III) eingesetzt.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Verbindungen der Formel (III) können, je nachdem welche der angegebenen Bedeutungen der Rest R3 annimmt, monofunktionell, bifunktionell, trifunktionell oder höherfunktionell sein.

Bevorzugt werden mindestens bifunktionelle Verbindungen der Formel (III) eingesetzt, bei denen

X O bedeutet und

R3 -CHR4COOH,

worin

R4 H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C5-Alkyl, -CH2OH, -CH(OH)COOH oder -CH2COOH bedeutet, oder -(CH2CR5R6Y)nR7,

wobei

Y für O oder NR8 steht und

R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C4- Alkyl, -CH2OH oder -CH2CH2OH bedeuten und

n eine ganze Zahl von 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 5 darstellt.

Besonders bevorzugt werden als bi- oder trifunktionelle Verbindungen der Formel (III) Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Milchsäure, Glycerin, Trimethylolpropan oder 2,2-Bis(hydroxymethyl)propionsäure eingesetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird 1,2,3,6-Tetrahydrophthalsäureanhydrid mit einer Verbindung R3OH umgesetzt, wobei R3 für -(CH2CR5R6Y)nR7 steht, wobei Y für O oder NR8 steht und R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C4-Alkyl, -CH2OH oder -CH2CH2OH bedeuten und n eine ganze Zahl von 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 10 und insbesondere 1 bis 5 darstellt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird 1,2,3,6-Tetrahydrophthalsäureanhydrid mit einer Verbindung R3OH umgesetzt, wobei R3 für (CH2CH2O)nH steht und n eine ganze Zahl von 1-5 und bevorzugt gleich 1, 2 oder 3 ist.

Die Umsetzung der Verbindungen (I) oder (II) mit der Verbindung (III) in Schritt 1) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bei einer Temperatur von 50 bis 250°C, bevorzugt 90 bis 150°C, und einem Druck von 0 bis 10 bar, bevorzugt 0,5 bis 2 bar. Die Reaktionszeit liegt üblicherweise bei 0,5-24 Stunden, bevorzugt bei 1 bis 3 Stunden. Die Umsetzung wird vorzugsweise in Gefäßen und Reaktoren mit Rührvorrichtung durchgeführt. Die Verbindungen (I) bzw. (II) und (III) können dabei in beliebiger Reihenfolge zugegeben werden, bevorzugt werden sie nicht in Lösung eingesetzt sondern als Feststoffe oder Flüssigkeiten. Die Umsetzung kann in Gegenwart, aber auch in Abwesenheit eines Katalysators durchgeführt werden. Sofern ein Katalysator verwendet wird, können übliche Veresterungskatalysatoren, wie Säuren oder Basen, oder Metallkatalysatoren, wie z. B. Titan- oder Zinn-Verbindungen, eingesetzt werden.

Das nach der Umsetzung in Schritt 1) erhaltene Reaktionsgemisch wird anschließend in Schritt 2) direkt einer oxidativen Spaltung unter Einsatz von Wasserstoffperoxid oder einer in-situ Wasserstoffperoxid-freisetzenden Verbindung als Oxidationsmittel unterzogen. Eine Aufarbeitung des Reaktionsgemisches vor der oxidativen Spaltung ist vorteilhafterweise nicht nötig, kann aber durchgeführt werden.

Die Oxidation in Schritt 2) des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt eine oxidative Spaltung der in den Reaktionsprodukten von Schritt 1) enthaltenen Doppelbindungen dar unter Ausbildung zweier Carbonsäuregruppen an zwei benachbarten und dann durch eine Einfachbindung verknüpften Kohlenstoffatomen dar. Diese Oxidation wird in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt. Hierbei handelt es sich bevorzugt um Wolfram- oder Molybdän-haltige Katalysatoren. Beispiele für geeignete Wolfram-haltige Katalysatoren sind Wolframoxid (WO3), Wolframsäure (H2WO4 bzw. WO3 . WO), die Isopolysäuren und Heteropolysäuren des Wolframs, Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammonium-Wolframate, bevorzugt Natriumwolframat (Na2WO4 . 2H2O), Ammoniumparawolframat ((NH4)10W12O41 . 11H2O) oder Ammoniummetawolframat ((NH4)6H2W12O40). Beispiele für geeignete Molybdänhaltige Katalysatoren sind Molybdän(VI)-oxid, die Isopolysäuren und Heteropolysäuren des Molybdäns sowie Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammonium- Molybdate.

Als Oxidationsmittel wird Wasserstoffperoxid oder eine in-situ Wasserstoffperoxid abgebende Verbindung eingesetzt. Als in-situ Wasserstoffperoxid abgebende Verbindungen können Wasserstoffperoxid-Additionsverbindungen wie Peroxid-Harnstoff-Addukte oder Perverbindungen wie Perborate, Percarbonate oder Persulfate in Form ihrer Alkalisalze eingesetzt werden, und zwar einzeln oder in Gemischen. Anwendung findet bevorzugt eine 30 bis 60 gew.-%ige Wasserstoffperoxid-Lösung. Besonders bevorzugt wird mit einer handelsüblichen 50 gew.-%igen Wasserstoffperoxid-Lösung gearbeitet.

Die oxidative Spaltung wird bei einer Temperatur von 50 bis 150°C, bevorzugt 70 bis 95°C und einem Druck von 0 bis 4 bar, bevorzugt 0,5 bis 2 bar durchgeführt. Die Reaktionszeit beträgt üblicherweise 0,5 bis 24 Stunden, bevorzugt 3 bis 10 Stunden. Die Reaktion wird üblicherweise in einem Gefäß oder Reaktor mit Rührvorrichtung durchgeführt. Üblicherweise wird das Wasserstoffperoxid oder die Wasserstoffperoxid-freisetzende Verbindung zu dem Reaktionsgemisch aus der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens einfach zugegeben.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die nach dem vorgenannten Verfahren erhältlichen Polycarbonsäuren. Sie fallen nach der oxidativen Spaltung wie beschrieben in wässriger Lösung an und können vorteilhafterweise ohne weitere Aufarbeitung zur Textilausrüstung, d. h. zur Hochveredelung der Cellulosefasern oder daraus hergestellten Textilmaterialien eingesetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Polycarbonsäuren durch Verdampfen des Wassers oder durch Fällung zu isolieren.

Der Vorteil der so erhaltenen Polycarbonsäuren besteht darin, dass sie gut wasserlöslich und säurestabil sind, d. h. auch bei niedrigen Temperaturen sind sie im Gegensatz zu Butantetracarbonsäure gegen Ausfällungen stabil. Der pH-Wert der nach Schritt 2) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Polycarbonsäurelösung liegt im Bereich von 0 bis 2, bevorzugt ist der pH-Wert kleiner oder gleich 1. Je nach Verwendungszweck kann der pH-Wert dieser Polycarbonsäurelösungen noch mit basisch reagierenden Verbindungen auf einen pH-Wert von bis zu 10, bevorzugt auf einen pH-Wert im Bereich von 3 bis 5 eingestellt werden.

Je nachdem, ob die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Verbindung der Formel R3XH mono-, bi-, tri- oder höherfunktionell ist und je nachdem, in welchem molaren Verhältnis die Verbindungen der Formeln (I) oder (II) zu den Verbindungen der Formel (III) eingesetzt werden, können bei der Umsetzung Polycarbonsäuregemische entstehen.

Bei Einsatz einer monofunktionellen Verbindung R3XH entstehen über die Zwischenstufe der Formel (IV)





wobei entweder ein Rest Z für OH und ein Rest Z für XR3 stehen oder beide Reste für XR3 stehen, die Di- oder Tricarbonsäuren der Formel (V).





Im Fall bifunktioneller Verbindungen R3XH mit X gleich O, NH oder S ergibt sich bereits eine deutlich größere Zahl möglicher Polycarbonsäuren. Für den Fall, dass R3 beispielsweise für einen Rest (CH2CR5R6Y)nH darstellt, wobei Y für O oder NR8 steht und R5, R6 und R8 unabhängig voneinander H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C4-Alkyl bedeuten und n eine ganze Zahl von 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 5 darstellt, und die Verbindung der Formel (I) oder (II) in einem molaren Verhältnis von 2 : 1 zur Verbindung (III) eingesetzt wird, entsteht über die Zwischenstufe der Formel (VI)





wobei

X für O, NH oder S steht,

Y für O oder NR8 steht,

R5, R6 und R8 unabhängig voneinander H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C4- Alkyl bedeuten und

n eine ganze Zahl von 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 10 und besonders bevorzugt von 1 bis 5 darstellt, als Hauptprodukt eine Hexacarbonsäure der Formel (VII),

wobei

X, R5, R6 und Y die für diese Variante bereits genannten Bedeutungen besitzen.





Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polycarbonsäuren zur Ausrüstung von cellulosehaltigen Fasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien. Hierbei werden die erfindungsgemäßen Polycarbonsäuren bevorzugt direkt in Form der wässrigen Lösungen eingesetzt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Ausrüstung von cellulosehaltigen Fasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass die cellulosehaltigen Fasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien mit einer wässrigen Flotte behandelt werden, die die erfindungsgemäßen Polycarbonsäuren sowie gegebenenfalls Katalysatoren und Textilhilfsmittel, bevorzugt Weichmacher, Appreturmittel, Hydrophobiermittel, Oleophobiermittel, Flammschutzmittel oder pH-Regulatoren enthält.

Durch Reaktion mit den Hydroxylgruppen der Cellulose vernetzen die erfindungsgemäßen Polycarbonsäuren die amorphen Teile der Fasern teilweise. Durch diese Knitter- und Bügelfreiausrüstung wird sichergestellt, dass das Textil beim Tragen und Waschen seine Form behält.

Bei der Ausrüstung der cellulosehaltigen Fasern oder der daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien können als Katalysatoren beispielsweise Alkalimetallhypophosphite und Alkalimetallphosphite, bevorzugt Natrium-hypophosphit oder Natriumphosphit, eingesetzt werden. Derartige Alkalimetallhypophosphite und Alkalimetallphosphite sind in der US-A-4,820,307 beschrieben. Ferner kann als Katalysator auch Cyanamid oder eine Verbindung der Formel (VIII)





wobei

R' für NH, O oder S steht

und

R" CN oder H bedeutet,

verwendet werden. Cyanamid und die Verbindungen der Formel (VIII) sind in der US-A-5,205,836 beschrieben.

Die Behandlung der cellulosehaltigen Fasern oder der daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien mit der Flotte kann nach dem Fachmann geläufigen Methoden wie Fouladieren, Sprühen, Pflatschen oder Schäumen erfolgen. Üblicherweise wird mit einer Flottenkonzentration von 10 bis 100 g Wirkstoff pro Liter Flotte, bevorzugt 30 bis 70 g Wirkstoff pro Liter Flotte gearbeitet.

Nach erfolgter Ausrüstung werden die cellulosehaltigen Fasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien bei Temperaturen von 100 bis 130°C getrocknet. Bevorzugt wird diese Trocknung bis zur Erreichung eines Restfeuchtegehalts von 1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 6 Gew.-% und insbesondere 3 bis 4 Gew.-% durchgeführt. Anschließend wird bei Temperaturen von 130 bis 220°C, bevorzugt 140 bis 180°C eine Wärmebehandlung durchgeführt. Die Schritte der Trockung und Wärmebehandlung können auch in einer Stufe durchgeführt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können jegliche cellulosehaltigen Fasern oder daraus hergestellte Textil- oder Papiermaterialien behandelt werden. Bei den cellulosehaltigen Fasern kann es sich beispielsweise um Textilfasern aus natürlicher oder regenerierter Cellulose oder aus Celluloseacetat handelt. Das Verfahren kann auch zur Ausrüstung von Mischungen aus cellulosehaltigen und synthetischen Fasern eingesetzt werden. Behandelt werden beispielsweise Baumwolle, Leinen, Kunstseiden oder Papier.

Gegenstand der Erfindung sind somit auch die cellulosehaltigen Fasern oder die daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien, die mit den erfindungsgemäßen Polycarbonsäuren behandelt wurden.

Beispiele I Herstellung der Polycarbonsäuren Vergleichsbeispiel 1 nach EP-A-0 201 719, Example 1

In einem Rührgefäß werden 30,4 g (0,20 mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 60 g Wasser auf 100°C erhitzt und eine halbe Stunde bei dieser Temperatur verrührt. Die Lösung wird auf 70°C abgekühlt, 1,0 g (4,0 mmol) Wolframsäure zugesetzt, tropfenweise 15 g (0,265 mol) 60%iges Wasserstoffperoxid zudosiert und 2 h bei 70°C gehalten. Anschließend werden 42 g (0,741 mol) 60%iges Wasserstoffperoxid hinzugegeben, auf 90°C erhitzt und 10 h bei dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen der Reaktionslösung auf Raumtemperatur fällt ein Teil der gebildeten Carbonsäure aus, während der Rest im Wasser gelöst bleibt.

Beispiel A1

In einem Rührgefäß werden 228,2 g (1,5 mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 46,6 g (0,75 mol) Ethylenglykol unter Rühren auf 100°C erhitzt. Durch die freiwerdende Reaktionswärme steigt die Temperatur der Reaktionsmischung auf 130°C. Nach dem Abkühlen auf 90°C werden 450 g Wasser hinzugefügt und anschließend noch 7,5 g (30 mmol) Wolframsäure zugesetzt. Über einen Zeitraum von 6 h werden insgesamt 510,3 g (7,5 mol) 50%iges Wasserstoffperoxid zudosiert. Anschließend wird 10 h bei dieser Temperatur nachgerührt. Nach dem Abkühlen erhält man eine klare gelbliche Polycarbonsäurelösung. Vor der Verwendung zur Ausrüstung der Cellulose-Fasern werden noch 53,0 g (0,66 mol) 50%ige Natronlauge hinzugefügt.

Beispiel A2

In einem Rührgefäß werden 228,2 g (1,5 mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 69,8 g (1,125 mol) Ethylenglykol unter Rühren auf 100°C erhitzt. Durch die freiwerdende Reaktionswärme steigt die Temperatur der Reaktionsmischung auf 130°C.

Nach dem Abkühlen auf 90°C werden 450 g Wasser hinzugefügt und anschließend noch 7,5 g (30 mmol) Wolframsäure zugesetzt. Über einen Zeitraum von 6 h werden insgesamt 510,3 g (7,5 mol) 50%iges Wasserstoffperoxid zudosiert. Anschließend wird 10 h bei dieser Temperatur nachgerührt. Nach dem Abkühlen erhält man eine klare gelbliche Polycarbonsäurelösung. Vor der Verwendung zur Ausrüstung der Cellulose-Fasern werden noch 49,5 g (0,62 mol) 50%ige Natronlauge hinzugefügt.

Beispiel A3

In einem Rührgefäß werden 228,2 g (1,5 mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 46,0 g (0,5 mol) Glycerin unter Rühren auf 100°C erhitzt. Durch die freiwerdende Reaktionswärme steigt die Temperatur der Reaktionsmischung auf 120°C. Nach dem Abkühlen auf 90°C werden 450 g Wasser hinzugefügt und anschließend noch 7,5 g (30 mmol) Wolframsäure zugesetzt. Über einen Zeitraum von 6 h werden insgesamt 510,3 g (7,5 mol) 50%iges Wasserstoffperoxid zudosiert. Anschließend wird 10 h bei dieser Temperatur nachgerührt. Nach dem Abkühlen erhält man eine klare gelbliche Polycarbonsäurelösung. Vor der Verwendung zur Ausrüstung der Cellulose- Fasern werden noch 54,4 g (0,68 mol) 50%ige Natronlauge hinzugefügt.

Beispiel A4

In einem Rührgefäß werden 228,2 g (1,5 mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 67,1 g (0,5 mol) Trimethylolpropan unter Rühren auf 100°C erhitzt. Durch die freiwerdende Reaktionswärme steigt die Temperatur der Reaktionsmischung auf 120°C. Nach dem Abkühlen auf 90°C werden 450 g Wasser hinzugefügt und anschließend noch 7,5 g (30 mmol) Wolframsäure zugesetzt. Über einen Zeitraum von 6 h werden insgesamt 510,3 g (7,5 mol) 50%iges Wasserstoffperoxid zudosiert. Anschließend wird 10 h bei dieser Temperatur nachgerührt. Nach dem Abkühlen erhält man eine klare gelbliche Polycarbonsäurelösung. Vor der Verwendung zur Ausrüstung der Cellulose-Fasern werden noch 46,0 g (0,57 mol) 50%ige Natronlauge hinzugefügt.

Beispiel A5

In einem Rührgefäß werden 228,2 g (1,5 mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 46,6 g (0,75 mol) Ethylenglykol unter Rühren auf 100°C erhitzt. Durch die freiwerdende Reaktionswärme steigt die Temperatur der Reaktionsmischung auf 130°C. Nach dem Abkühlen auf 90°C werden 225 g Wasser hinzugefügt und anschließend noch 7,5 g (30 mmol) Wolframsäure zugesetzt. Über einen Zeitraum von 6 h werden insgesamt 510,3 g (7,5 mol) 50%iges Wasserstoffperoxid zudosiert. Anschließend wird 10 h bei dieser Temperatur nachgerührt. Nach dem Abkühlen erhält man eine klare gelbliche Polycarbonsäurelösung. Vor der Verwendung zur Ausrüstung der Cellulose-Fasern werden noch 53,6 g (0,67 mol) 50%ige Natronlauge hinzugefügt.

Beispiel A6

In einem Rührgefäß werden 228,2 g (1,5 mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 135,1 g (1,5 mol) Milchsäure unter Rühren auf 100°C erhitzt. Durch die freiwerdende Reaktionswärme steigt die Temperatur der Reaktionsmischung auf 120°C. Nach dem Abkühlen auf 90°C werden 450 g Wasser hinzugefügt und anschließend noch 7,5 g (30 mmol) Wolframsäure zugesetzt. Über einen Zeitraum von 6 h werden insgesamt 510,3 g (7,5 mol) 50%iges Wasserstoffperoxid zudosiert. Anschließend wird 10 h bei dieser Temperatur nachgerührt. Nach dem Abkühlen erhält man eine klare gelbliche Polycarbonsäurelösung. Vor der Verwendung zur Ausrüstung der Cellulose-Fasern werden noch 57,9 g (0,72 mol) 50%ige Natronlauge hinzugefügt.

Beispiel A7

In einem Rührgefäß werden 228,2 g (1,5 mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 100,6 g (0,75 mol) 2,2-Bis-(hydroxymethyl)-propionsäure unter Rühren auf 135°C erhitzt. Durch die freiwerdende Reaktionswärme steigt die Temperatur der Reaktionsmischung auf 145°C. Nach dem Abkühlen auf 90°C werden 450 g Wasser hinzugefügt und anschließend noch 7,5 g (30 mmol) Wolframsäure zugesetzt. Über einen Zeitraum von 6 h werden insgesamt 510,3 g (7,5 mol) 50%iges Wasserstoffperoxid zudosiert. Anschließend wird 10 h bei dieser Temperatur nachgerührt. Nach dem Abkühlen erhält man eine klare gelbliche Polycarbonsäurelösung. Vor der Verwendung zur Ausrüstung der Cellulose-Fasern werden noch 56,3 g (0,70 mol) 50%ige Natronlauge hinzugefügt.

Beispiel A8

In einem Rührgefäß werden 228,2 g (1,5 mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 46,6 g (0,75 mol) Ethylenglykol unter Rühren auf 100°C erhitzt. Durch die freiwerdende Reaktionswärme steigt die Temperatur der Reaktionsmischung auf 130°C. Nach dem Abkühlen auf 90°C werden 450 g Wasser hinzugefügt und anschließend noch 9,9 g (30 mmol) Natriumwolframatdihydrat zugesetzt. Über einen Zeitraum von 6 h werden insgesamt 510,3 g (7,5 mol) 50%iges Wasserstoffperoxid zudosiert. Anschließend wird 10 h bei dieser Temperatur nachgerührt. Nach dem Abkühlen erhält man eine klare gelbliche Polycarbonsäurelösung. Vor der Verwendung zur Ausrüstung der Cellulose-Fasern werden noch 53,0 g 50%ige Natronlauge hinzugefügt.

II Ausrüstung von Baumwolle

Zur Ausrüstung von 100%iger Baumwolle mit einem Flächengewicht von 110 g/m2 werden unterschiedliche Flotten mit in nachfolgenden Tabelle angegebener Zusammensetzung hergestellt. Alle Inhaltsstoffe der Flotte sind dabei in g/l angegeben.

Zum Vergleich wird eine Flotte (FA) mit dem konventionellen, formaldehydhaltigen Vernetzungsmittel Dimethyloldihydroxylethylenharnstoff (DMDHEU) hergestellt.

Die Baumwolle wird zunächst in die Flotten getaucht und anschließend auf einem Foulard auf eine Flottenaufnahme von 70 bis 85% abgequetscht. Das so präparierte Textil wird auf einem Spannrahmen 10 Minuten bei 120°C getrocknet und 5 Minuten bei 150°C kondensiert.

Bestimmt werden die Knittererholungswinkel nach DIN 53 890, die Maßänderung nach DIN 53 892 sowie das Selbstglättungsverhalten nach der Wäsche nach DIN 53 895. Zur Bestimmung der Maßänderung bzw. des Selbstglättungsverhalten werden die Proben nach DIN 53 920, Verfahren 3 A, gewaschen. Als Vergleich werden die entsprechenden Werte auch für die unbehandelte Baumwolle bestimmt. Tabelle 1




Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von Polycarbonsäuren durch
    1. 1. Umsetzung von Verbindungen der Formeln (I) oder (II)





    wobei

    R1 und R2 gleich oder verschieden sind und H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C5-Alkyl bedeuten,

    mit Verbindungen der Formel (III)



    R3XH (III)



    wobei

    X O, NH oder S und

    R3 geradkettiges oder verzweigtes C1-C30-Alkyl,

    geradkettiges oder verzweigtes C2-C30-Alkenyl,

    C5-C12-Cycloalkyl,

    -CHR4COOH,

    wobei

    R4 H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C5-Alkyl, -CH2OH,

    -CH(OH)COOH oder -CH2COOH bedeutet,

    oder -(CH2CR5R6Y)nR7,

    wobei

    Y für O oder NR8 steht,

    R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C4-Alkyl, -CH2OH oder -CH2CH2OH bedeuten und

    n eine ganze Zahl von 1 bis 20 darstellt

    bedeuten und
    1. 1. anschließende Oxidation in Gegenwart von Wasserstofferoxid oder einer Wasserstoffperoxid-freisetzenden Verbindung sowie eines Katalysators.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R1 und R2 gleich oder verschieden sind und in den Formeln (I) und (II) für Wassserstoff oder Methyl, bevorzugt beide für Wasserstoff stehen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungen der Formel (III) eingesetzt werden, bei denen

    X O bedeutet und

    R3 -CHR4COOH,

    worin

    R4 H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C5-Alkyl, -CH2OH, -CH(OH)COOH

    oder -CH2COOH bedeutet,

    oder -(CH2CR5R6Y)nR7,

    wobei

    Y für O oder NR8 steht und

    R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C4-Alkyl, -CH2OH oder -CH2CH2OH bedeuten und

    n eine ganze Zahl von 1 bis 10, bevorzugt von 1 bis 5 darstellt.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungen der Formel (III) Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Milchsäure, Glycerin, Trimethylolpropan oder 2,2- Bis(hydroxymethyl)propionsäure eingesetzt werden.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dasss in Schritt 1) 1,2,3,6-Tetrahydrophthalsäureanhydrid mit einer Verbindung R3OH umgesetzt wird, wobei R3 für -(CH2CR5R6Y)nR7 steht, Y für O oder NR8 steht und R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander H, geradkettiges oder verzweigtes C1-C4-Alkyl, -CH2OH oder -CH2CH2OH bedeuten und n eine ganze Zahl von 1-20, bevorzugt 1-10 und insbesondere 1 bis 5 darstellt.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis S. dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation in Schritt 2) in Gegenwart eines Wolfram- oder Molybdän-haltigen Katalysators, bevorzugt Wolframoxid (WO3), Wolframsäure (H2WO4 bzw. WO3 . H2O), Isopolysäuren und Heteropolysäuren des Wolframs, Alkalimetall-, Erdalkalimetall oder Ammonium-Wolframaten, besonders bevorzugt Natriumwolframat (Na2WO4 . 2H2O), Ammoniumparawolframat ((NH4)10W12O41 . 11H2O) und Ammoniummetawolframat ((NH4)6H2W12O40), Molybdän(VI)-oxid, Isopolysäuren und Heteropolysäuren des Molybdäns oder Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammonium- Molybdaten durchgeführt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung der Verbindungen (I) oder (II) mit der Verbindung (III) in Schritt 1) bei einer Temperatur von 50 bis 250°C, bevorzugt 90 bis 150°C und einem Druck von 0-10 bar, bevorzugt 0,5 bis 2 bar erfolgt und die Oxidation in Schritt 2) unabhängig davon bei einer Temperatur von 50 bis 150°C, bevorzugt 70 bis 95°C und einem Druck von 0 bis 4 bar, bevorzugt 0,5 bis 2 bar durchgeführt wird.
  8. 8. Polycarbonsäuren erhältlich nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7.
  9. 9. Verwendung der Polycarbonsäuren nach Anspruch 8 zur Ausrüstung von cellulosehaltigen Fasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien.
  10. 10. Verfahren zur Ausrüstung von cellulosehaltigen Fasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass die cellulosehaltigen Fasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien mit einer wässrigen Flotte behandelt werden, die die Polycarbonsäure nach Anspruch 8 sowie gegebenenfalls Katalysatoren und Textilhilfsmittel, bevorzugt Weichmacher, Appreturmittel, Hydrophobiermittel, Oleophobiermittel, Flammschutzmittel oder pH-Regulatoren enthält.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysatoren Alkalimetallhypophosphite, Alkalimetallphosphite, bevorzugt Natrium-hypophosphit oder Natriumphosphit, Cyanamid oder eine Verbindung der Formel





    wobei

    R' für NH, O oder S steht und

    R" CN oder H bedeutet, verwendet werden.
  12. 12. Cellulosehaltige Fasern oder daraus hergestellten Textil- oder Papiermaterialien, die mit den Polycarbonsäuren nach Anspruch 8 behandelt wurden.






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