WO2011023491A1 - Ester der 2,5-furandicarbonsäure mit isomeren decanolen und ihre verwendung - Google Patents

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esters
dicarboxylic acid
isomeric
mixture
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Michael Grass
Hinnerk Gordon Becker
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Definitions

  • the present invention relates to a mixture of esters of
  • FDCA 2,5-furandicarboxylic acid
  • FDCA 2,5-furandicarboxylic acid
  • the present invention relates to a process for the preparation of such esters or mixtures and their use as plasticizers for polymers such as polyvinyl chloride.
  • Polyvinyl chloride (PVC) is one of the most economically important polymers. It finds many applications both as rigid PVC and as soft PVC.
  • phthalic acid esters in particular di-2-ethylhexylphthalate (DEHP), diisononyl phthalate (DINP), dipropylheptylphthalate (DPHP) and diisodecylphthalate (DIDP), but also the terephthalic acid -Dehvat di-2-ethylhexyl terephthalate (DEHT or DOTP) find use.
  • esters of isodecanol preferably one with high 2-propylheptanol shares, which have such properties that they can be used in addition to the classic thermoplastic applications such as films, cable sheathing and partially roofing membranes also increasingly in the plastisol applications.
  • esters because of the limited availability of fossil raw materials, the associated foreseeable sharp price increases in the future and the increasing use of renewable raw materials, which is also being increasingly promoted by politicians, 5 such esters in particular should have good market opportunities in the future
  • At least the acid component is based on naturally occurring resources such as sugars, fats or oils.
  • 5-HMF can then be oxidized to FDCA, such as.
  • FDCA FDCA
  • the preparation of certain FDCA esters is also described by a direct synthesis starting from mucic acid (Tagouchi in Chemistry Letter Vol. 37, No.1 (2008)) and the corresponding alcohols.
  • esters of 2,5-furandicarboxylic acid as a plasticizer for plastics, in particular PVC, PVB, PLA, PHB or PAMA has been described only rarely. The most comprehensive overview in this context can be found in the publication by RD Sanderson et al. in Journal of Appl. Pole. Be. 1994, Vol. 53, pp. 1785 to 1793.
  • 2,5-furandicarboxylic acid (formula I) as a plasticizer for plastics in particular PVC, PVB and PAMA can be used and there advantageous
  • the present invention thus provides mixtures of isomeric decyl esters of 2,5-furandicarboxylic acid of the formula I.
  • the invention further relates to compositions comprising the mixtures of isomeric decyl esters of
  • Another object of the present invention is the use of these mixtures in paints, inks or paints, in plastisols, adhesives or adhesive components, in sealants, as plasticizers in plastics or plastic components, as a solvent, as a lubricating oil component and as an aid in metalworking and a PVC composition or a plastisol containing PVC and from 5 to 250 parts by mass of the
  • Another object of the present invention is a method for
  • ester mixture according to the invention can also be obtained by first converting 2,5-furandicarboxylic acid with chlorinating agents into the dichloride and then reacting this with isodecanol to give the target product with liberation of hydrogen chloride.
  • the mixtures according to the invention of isomeric decyl esters of 2,5-furandicarboxylic acid according to formula I are preferably composed in such a way that the mixture of the esters has a high proportion of 2-propylheptyl radicals. It is advantageous if the mixture of the esters has a proportion of 2-propylheptyl radicals in the C10 side chain in a range from 50 to a maximum of 99 mol%.
  • the inventive mixture of the esters has less than 20 mol% C10 side chains with quaternary C atoms.
  • the mixture according to the invention can either consist exclusively of the diesters of the formula I or, in addition, have at least one polymer and / or at least one plasticizer which is not a diester of the formula I.
  • plasticizers may, for. B. be selected from the Citronen Textrethalkylestern, acylated Citronenhoffretrialkylestern, Glycehnestern, Glykoldibenzoaten, Alkylbenzoates, Dialkyladipaten, Trialkyltrimellitaten, dialkyl terephthalates, dialkyl phthalates or the dialkyl esters of 1, 2, 1, 3 or
  • the plasticizers may also Dianhydrohexitolester, preferably Isosorbiddiester of
  • Carboxylic acids such as n- or iso-butyric acid, valeric acid or 2-ethylhexanoic acid or isononanoic acid.
  • Polymers which may be present in the mixture according to the invention are e.g. Polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl butyral (PVB), polylactic acid (PLA), polyhydroxybutyral (PHB) and the polyalkyl methacrylates (PAMA).
  • PVC Polyvinyl chloride
  • PVB polyvinyl butyral
  • PLA polylactic acid
  • PAB polyhydroxybutyral
  • PAMA polyalkyl methacrylates
  • the polymer is polyvinyl chloride (PVC).
  • the weight ratio of polymer / polymers to diesters / n of formula I is preferably from 30 to 1 to 1 to 2.5, and preferably from 20 to 1 to 1 second
  • Plasticizers in particular of alkyl benzoates, dialkyl adipates,
  • the mixtures of diesters of the formula I and the diesters of the formula I are preferably prepared by the process described below.
  • the process according to the invention for preparing isomeric decyl esters of 2,5-furandicarboxylic acid is characterized in that 2,5-furandicarboxylic acid or a shorter-chain dialkyl ester of this compound, especially the
  • 2,5-Furandicarbon Acidichlohd which can be obtained by reacting the FDCA with chlorinating agents such as thionyl chloride, are used as starting material for the preparation of diisodecyl esters. Suitable conditions for converting FDCA to the diisodecyl ester via
  • decanols especially primary alcohols or alcohol mixtures with the general empirical formula C10H21OH
  • decanols having a high proportion of 2-propylheptanol are particularly preference.
  • N- or iso-valeraldehyde can in turn, for example, by
  • step b) the aldehydes formed under a) are aldol condensed to form decenals c) the decenals formed in step b) are hydrogenated to decanols
  • Hydroformylation of these mixtures can be carried out by various methods.
  • Rhodium catalysts used unmodified or modified.
  • EP 0 562 451 or EP 0 646 563 are examples of EP 0 562 451 or EP 0 646 563.
  • Suitable catalysts are alkali metal carbonates or alkali metal hydroxides, especially compounds of sodium or potassium, or amines, preferably tertiary amines such as triethylamine, tri-n-propylamine, Tri-n-butylamine application. It operates at temperatures of 60 to 160 0 C, in particular 80 to 130 0 C and at atmospheric pressure or at up to about 1 MPa elevated pressure. The reaction time is a few minutes to several hours and depends in particular on the type of catalyst and
  • aldol condensation of C 5 aldehydes in stirred reactors is described, for example, in WO 93/20034.
  • the implementation of aldol condensations of aldehydes in tubular reactors is disclosed for example in DE 199 57 522.
  • the decenals obtained by aldol condensation of the C 5 aldehydes are hydrogenated in pure form or as a mixture.
  • the hydrogenation is preferably carried out in the liquid phase.
  • catalysts or catalyst systems can be used which hydrogenate both olefinic double bonds and carbonyl groups.
  • ß-unsaturated aldehydes in particular those catalysts are suitable which are used in the art for the hydrogenation of 2-ethylhex-2-enal to 2-ethylhexanol.
  • catalysts Use copper / chromium / nickel, zinc / chromium, nickel / molybdenum catalysts. Combinations of two or more catalysts may also be used.
  • the catalysts may be carrier-free or the hydrogenation-active substances or their precursors may be supported, such as silica or alumina.
  • Preferred catalysts on which the ⁇ , ß-unsaturated aldehydes are hydrogenated each containing 0.3 to 15 mass% of copper and nickel and as
  • Support material preferably alumina and silica.
  • Quantities refer to the not yet reduced catalyst.
  • the alkali component is optional.
  • the catalysts are advantageously used in a form in which they offer a low flow resistance, for.
  • They are expediently activated before their use, z. B. by heating in a stream of hydrogen.
  • the hydrogenation preferably a liquid-phase hydrogenation, is generally carried out under a total pressure of from 0.5 to 20.0 MPa, in particular from 0.5 to 3.0 MPa, in particular from 1.5 to 2.5 MPa. Hydrogenation in the gas phase can also be carried out at lower pressures, with correspondingly large gas volumes. If several hydrogenation reactors are used, the total pressures in the individual reactors may be the same or different within the stated pressure limits.
  • reaction temperatures are in hydrogenation in the liquid or gaseous phase usually between 120 and 220 0 C, in particular between 140 and 180 0 C.
  • the hydrogenation of decenals to decanols can be in two stages
  • the olefinic double bond is hydrogenated in the first stage, for example on a palladium catalyst, and in the second stage on one of the abovementioned contacts, the carbonyl group.
  • decanol mixtures which essentially contain one or more of the following substances: 2-propylheptanol, 4-methyl-2-propyl-hexanol, 5-methyl-2-propyl-hexanol, 2-isopropyl-4-methyl-hexanol, 2-isopropyl-5-methyl-hexanol.
  • the enumerated decanols each consist of at least two stereoisomers.
  • Decanol mixtures which are obtained in the manner described from C 4 olefins can be used to prepare the esters according to the invention.
  • Particularly preferred decanol mixtures are those which contain from 50 to 99 mol%, in particular from 70 to 99 mol%, particularly preferably from 85 to 99 mol%,
  • C 4 olefin mixture is generally more economical than the conventional route via i5 the trimerization of propylene with subsequent hydroformylation and
  • the mixtures of isomeric decyl alcohols used in the process according to the invention preferably contain less than 20 mol%, preferably less than 10 mol%, preferably less than 5 mol%, of 30 decyl alcohols with quaternary carbonyl groups. atoms. The presence of these alcohols
  • the isodecanols used for preparing the diesters of the formula I present in the mixture according to the invention preferably those having the formula C 9 Hi 9 CH 2 OH, 1 to 60%, in particular 1 to 50%, preferably 2 to 30 % n-decanol.
  • numerous performance properties such as gelation, softening effect, etc. should be able to be improved.
  • N-decanol can be obtained industrially from ethylene oligomerization or from the fractionation of fatty alcohols.
  • the isomer distributions of the isomeric alcohols in the mixtures can be determined by the customary measuring methods known to the person skilled in the art, such as NMR spectroscopy, GC or GC / MS spectroscopy, preferably after conversion into the SiIyI or methyl esters.
  • Furan-2,5-dicarboxylic acid (FDCA, CAS No: 3238-40-2) is not yet
  • esters of the invention is either 2,5-furandicarboxylic acid or a reactive derivative such as the
  • the esterification takes place starting from furandicarboxylic acid and isodecanol with the aid of a catalyst.
  • the esterification of the furandicarboxylic acid with an isodecanol mixture to the corresponding esters can be carried out by autocatalysis or catalytically, for example with Bronsted or Lewis acids. No matter what type of catalysis is chosen, there is always a temperature-dependent equilibrium between the starting materials (acid and alcohol) and the products (esters and water). In order to shift the equilibrium in favor of the ester, an entraining agent can be used, with the help of which the water of reaction is removed from the batch.
  • Decanol mixture which also serves as an entraining agent, is used in excess, preferably 5 to 50% by mass, in particular 10 to 30% by mass, of the amount necessary to form the ester.
  • esterification catalysts acids such as sulfuric acid, methanesulfonic acid or p-toluenesulfonic acid, or metals or their
  • connections are used. Suitable z.
  • titanium, zirconium which are used as finely divided metals or expedient in the form of their salts, oxides or soluble organic compounds.
  • the metal catalysts are high-temperature catalysts, which often only reach their full activity at temperatures above 180 ° C. It should be noted, however, that the furandicarboxylic acid tends to cleave off CO2 at temperatures above 190 0 C and then from this then forms the monocarboxylic acid, which of course can then no longer be converted to the target product.
  • the metal catalysts are preferably used because they catalysis less than by-products, such as olefins from the alcohol used to form compared to proton.
  • exemplary representatives of metal catalysts are tin powder, tin (II) oxide, tin (II) oxalate, titanic acid esters such as
  • the catalyst concentration depends on the type of catalyst. In the titanium compounds preferably used, this is 0.005 to 2.0% by mass, based on the reaction mixture, in particular 0.01 to 0.5% by mass, very particularly 0.01 to 0.1% by mass.
  • the reaction temperatures are when using titanium catalysts between 160 0 C and 270 0 C, preferably at 160 to 200 0 C. The optimum temperatures depend on the starting materials, reaction progress and the catalyst concentration. They can easily be determined by experiment for each individual case. Higher temperatures increase the reaction rates and promote side reactions, such as dehydration from alcohols or formation of colored by-products. It is for the removal of
  • reaction water cheap that the alcohol can distill from the reaction mixture.
  • Temperature range can be adjusted by the pressure in the reaction vessel.
  • the reaction is therefore carried out under reduced pressure and with higher-boiling alcohols under reduced pressure.
  • the amount of liquid attributable to the reaction may consist, in part or in full, of alcohol obtained by working up the azeotrope
  • the mixture of diisodecyl esters can be removed by distillation from the reaction mixture, if appropriate after neutralization of the batch.
  • the diisodecyl esters according to the invention can be obtained by transesterification of a furan-2,5-dicarboxylic acid diester with an isodecanol mixture.
  • the educts used are furan-2,5-dicarboxylic acid diesters whose alkyl radicals bonded to the O atom of the ester group have 1 to 9 C atoms. These radicals can be aliphatic, straight-chain or blocked, alicyclic or aromatic. One or more methylene groups of these alkyl radicals may be substituted by oxygen. It is expedient that the starting materials of the starting materials boil lower than the used
  • a preferred feedstock is furan-2,5-dicarboxylic acid dimethyl ester.
  • the transesterification is carried out catalytically, for example with Bronsted or Lewis acids or bases. No matter which catalyst is used, there is always a temperature-dependent equilibrium between the two
  • Eduktester distilled off alcohol from the reaction mixture. It is also expedient here to use the isodecanol mixture in excess.
  • acids such as sulfuric acid, methanesulfonic acid or p-toluenesulfonic acid, or metals or their
  • connections are used. Suitable z.
  • titanium, zirconium which are used as finely divided metals or expedient in the form of their salts, oxides or soluble organic compounds.
  • the metal catalysts are high-temperature catalysts which only reach full activity at temperatures above 180 ° C. However, they are preferably used because they catalysis less than proton
  • By-products such as olefins from the alcohol used, form.
  • metal catalysts are tin powder, tin (II) oxide, tin (II) oxalate, titanic acid esters such as tetraisopropyl orthotitanate or
  • Tetrabutyl orthotitanate and zirconium esters such as tetrabutyl zirconate.
  • basic catalysts such as oxides, hydroxides, bicarbonates, carbonates or alkoxides of alkali or alkaline earth metals can be used.
  • Alcoholates such as sodium methylate, are preferably used from this group. Alcoholates can also be prepared in situ from an alkali metal and a decanol or an isodecanol mixture.
  • the catalyst concentration depends on the type of catalyst. It is usually between 0.005 to 2.0% by mass based on the
  • the reaction temperatures for transesterification are usually from 100 to 220 0 C. It must be at least so high that the produced from the starting alcohol at the given pressure, usually atmospheric pressure, can be distilled off from the reaction mixture.
  • transesterification mixtures can be worked up in exactly the same way as described for the esterification mixtures.
  • 2,5-furandicarboxylic acid can be used as a plasticizer, in particular in
  • Plastic compositions adhesives, sealants, paints, paints, plastisols, artificial leather, floor coverings, underbody protection, coated fabrics, wallpapers or inks can be used.
  • the plasticizers according to the invention may preferably be used in profiles, seals,
  • compositions which contain the mixture of isomeric decyl esters of 2,5-furandicarboxylic acid.
  • compositions may comprise the inventive mixture of isomeric decyl esters of 2,5-furandicarboxylic acid alone or in admixture with other plasticizers.
  • the other plasticizers may preferably be selected from the group of dialkyl phthalates, preferably having from 4 to 13 carbon atoms in the alkyl chain; Trimellitic acid alkyl esters, preferably having 4 to 10 C atoms in the side chain; Dialkyl adipate and preferably terephthalic acid dialkyl ester each preferably having 4 to 13 C atoms in the side chain; 1, 2-cyclohexanedioic acid alkyl esters,
  • alkyl Alkyl group having 4 to 13 carbon atoms in the side chain; Dibenzoic acid esters of glycols; Alkylsulfonklarester of phenol preferably having an alkyl radical containing 8 to 22 carbon atoms; Polymer plasticizer, glycerol esters, Isosorbidester and Benzoeklarealkylester, preferably with 7 to 13 carbon atoms in the AI kyl chain, be selected.
  • the alkyl radicals may be linear or branched and the same or different.
  • the composition in addition to the mixture of isomeric nonyl esters of 2,5-furandicarboxylic acid
  • the proportion of inventive mixtures of isomeric nonyl esters of 2,5-furandicarboxylic acid in the mixture with other plasticizers is preferably 15 to 90% by mass, more preferably 20 to 80% by mass and most preferably 30 to 70% by mass, wherein the Add up to 100% of the mass of all plasticizers present.
  • Sealants paints, paints, plastisols or inks can be used.
  • Plastic products can be, for example: profiles, seals,
  • Food packaging, films, toys, medical items, such as. B. be used for infusions, dialysis and drainage, roofing membranes, artificial leather,
  • Wire sheathing Preferred are from this group
  • compositions according to the invention which are a mixture of isomers
  • Decyl esters of 2,5-furandicarboxylic acid a polymer, selected from polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC),
  • Polyacrylates in particular polymethyl methacrylate (PMMA), polyalkyl methacrylate (PAMA), fluoropolymers, in particular polyvinylidene fluoride (PVDF),
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PAMA polyalkyl methacrylate
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • Polytetrafluoroethylene PTFE
  • polyvinyl acetate PVAc
  • polyvinyl alcohol PVA
  • polyvinyl acetals in particular polyvinyl butyral (PVB)
  • polystyrene polymers in particular polystyrene (PS), expandable polystyrene (EPS), acrylonitrile-styrene acrylate (ASA), styrene-acrylonitrile (SAN), Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), styrene-maleic anhydride copolymer (SMA), styrene-methacrylic acid copolymer, polyolefins, in particular polyethylene (PE) or polypropylene (PP),
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • thermoplastic polyolefins TPO
  • EVA polyethylene-vinyl acetate
  • Polycarbonates polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyoxymethylene (POM), polyamide (PA), polyethylene glycol (PEG), polyurethane (PU), thermoplastic polyurethane (TPU), polysulfides (PSu), biopolymers, especially polylactic acid (PLA) , Polyhydroxybutyral (PHB),
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • POM polyoxymethylene
  • PA polyamide
  • PEG polyethylene glycol
  • PU polyurethane
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • PSu polysulfides
  • biopolymers especially polylactic acid (PLA) , Polyhydroxybutyral (PHB),
  • compositions according to the invention preferably comprise PVC or homopolymers or copolymers based on ethylene, propylene, butadiene, vinyl acetate, glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, methacrylates, acrylates, acrylates or methacrylates with on the oxygen atom of the ester group
  • the composition of the invention contains as a PVC type
  • compositions according to the invention preferably contain from 5 to 200, preferably from 10 to 150, parts by mass
  • compositions according to the invention may be mentioned in addition to those mentioned Ingredients contain other ingredients, in particular z. B. more
  • Plasticizers fillers, pigments, stabilizers, co-stabilizers such as epoxidized soybean oil, as well as lubricants, foaming agents, kickers, antioxidants or biocides.
  • compositions comprising said polymers can be used as adhesives, sealants, lacquers, paints, plastisols, artificial leather,
  • Closure devices food packaging, foils, toys,
  • Wire sheaths are processed.
  • esters of the invention were first prepared in a two-step synthesis starting from furan-2,5-dicarboxylic acid over the dichloride.
  • Furan-2,5-dicarboxylic acid dichloride is stored in the dark at room temperature until further use under protective gas (argon).
  • Heating / cooling rate 5 ° C / min
  • Oscillation frequency 4-0.1 Hz ramp logarithmic
  • the inventive furand diester (plastisol 1) has improved gelation over the corresponding phthalate DPHP (plastisol 4) and the terephthalate DOTP (plastisol 5).
  • the big gap in the gelling speed which is between the two
  • the Shore A hardness is a measure of the softness of a test specimen. The further a standardized needle can penetrate into the sample body during a certain measuring period, the lower the measured value will be.
  • the plasticizer with the highest efficiency gives the lowest value for the same amount of plasticizer for the shore hardness. Conversely, with very efficient plasticizers, a certain proportion of the formulation can be saved, which in many cases means lower costs for the processor.
  • the plastisols prepared according to Example 4 were in circular molds with a diameter of 42 mm
  • the plastisols were gelled in the molds in a convection oven for 30 min at 200 0 C, removed after cooling and stored for at least 24 hours before the measurement in a drying oven (25 0 C).
  • the thickness of the discs was about 12 mm.
  • Example 6 From the films produced in Example 6 with a thickness of about 1 mm in each case two round disks were punched with an area of 50 cr ⁇ 2. The samples were at least 24h in the desiccator with drying gel at constant
  • Haloge dryer HB43S placed on a disposable bowl centered and weighed.
  • a standard heating program in the halogen dryer was used for the measurement.
  • the Heating rate was set to 200 0 C with a maximum of a linear ramp.
  • a time of 10 minutes was set. The readings (time, temperature and weight loss were taken every 0.5 min
  • esters according to the invention have a behavior which is superior to DOTP and relatively similar to DINP. Therefore, the above object could be achieved by the development of a plasticizer also competitive in plastisols against DINP and DOTP to generate additional use potential for isodecanols rich in 2-propylheptanol.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Gemische isomerer Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure der Formel I. Weiter sind Verfahren zur Herstellung der Gemische isomerer Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure der Formel I Gegenstand der Erfindung. Des Weiteren sind Zusammmensetzungen, enthaltend Gemische isomerer Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure der Formel I Gegenstand der Erfindung. Auch sind Verwendungen der Gemische isomerer Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure der Formel I als Weichmacher Gegenstand der Erfindung. Des Weiteren sind Verwendungen der zuvor beschriebenen Zusammensetzungen, enthaltend isomere Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäuren der Formel I, Gegenstand der Erfindung.

Description

Ester der 2,5-Furandicarbonsäure mit isomeren Decanolen und ihre
Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gemisch aus Estern der
2,5-Furandicarbonsäure (FDCA) mit C10- Alkoholen, insbesondere Gemischen aus verzweigten Decanolen. Ebenfalls betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solcher Ester bzw. Gemische und deren Verwendung als Weichmacher für Polymere wie beispielsweise Polyvinylchlorid. Polyvinylchlorid (PVC) gehört zu den wirtschaftlich bedeutendsten Polymeren. Es findet sowohl als Hart-PVC als auch als Weich-PVC vielfältige Anwendungen.
Zur Erzeugung eines Weich-PVC werden dem PVC Weichmacher zugesetzt, wobei in der überwiegenden Anzahl der Fälle Phthalsäureester, insbesondere Di- 2-ethylhexylphthalat (DEHP), Diisononylphthalat (DINP), Dipropylheptylphthalat (DPHP) und Diisodecylphthalat (DIDP), aber auch das Terephthalsäure-Dehvat Di-2-ethylhexylterephthalat (DEHT oder DOTP) Verwendung finden.
Gleichzeitig steigt seit einigen Jahren die Produktion der C10-Oxo-Alkohole, insbesondere des 2-Propylheptanols, nicht zuletzt auch wegen der günstigen Rohstoffbasis stark an und es steht zu erwarten, dass noch weitere
Kapazitätserhöhungen folgen werden. Die Verwendung dieses Alkohols als Ausgangsstoff für Weichmacher ist aktuell fast ausschließlich auf das
entsprechende Phthalat DIDP oder DPHP beschränkt. Diese zählen zwar zu den sogenannten Standard-Weichmachern, können allerdings auf Grund ihrer anwendungstechnischen Eigenschaften gegenüber DEHP, DINP und DOTP in dem relativ wichtigen Plastisolmarkt nur mit größeren Einschränkungen wegen der geringeren Gelierung und den schlechteren weichmachenden Eigenschaften eingesetzt werden. Wünschenswert wären daher Ester des Isodecanols, bevorzugt eines mit hohen 2-Propylheptanol-Anteilen, die solche Eigenschaften aufweisen, dass sie neben den klassischen thermoplastischen Anwendungen wie Folien, Kabelummantelungen und teilweise Dachbahnen auch vermehrt in den Plastisol-Anwendungen eingesetzt werden können. Wegen der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe, der damit verbundenen zukünftig absehbaren starken Preissteigerungen und der auch durch die Politik immer stärker geförderten Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen sollten 5 insbesondere solche Ester zukünftig gute Marktchancen haben, bei denen
zumindest die Säurekomponente auf natürlich vorkommenden Ressourcen wie Zucker, Fetten oder Ölen basiert.
In der Veröffentlichung„Top Value Added Chemicals from Biomass" von T. Werpy lo und G. Petersen wird 2,5-Furandicarbonsäure (FDCA) als einer der
aussichtsreichsten Plattformchemikalien auf Basis von Zucker angesehen. Wegen der strukturellen Ähnlichkeit mit Terephthalsäure wurden in den letzten Jahren zahlreiche Arbeiten zur Verwendung der 2,5-Furandicarbonsäure oder
verschiedener Derivate, überwiegend in Polymeren publiziert. Die
i5 Hauptanwendung war in der Mehrzahl der Fälle der teilweise oder vollständige Ersatz von Terephthalsäure oder seiner Derivate in Polymeren.
Eine sehr umfangreiche Übersicht über FDCA, seine Anwendungen und
Möglichkeiten zur Synthese findet sich in der im Internet veröffentlichten
Publikation von Jaroslaw Lewkowski, ARKIVOC 2001 (i), Seiten 17-54, ISSN
20 1424-6376, mit dem Titel„Synthesis, Chemistry and Applications of
5-hydroxymethylfurfural and its derivatives". Den meisten dieser Synthesen gemein ist eine säurekatalysierte Umsetzung von Kohlenhydraten, besonders Glucose oder Fructose, bevorzugt Fructose zum 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) welches durch verfahrenstechnische Operationen wie beispielsweise Zweipasen-
25 Fahrweise aus dem Reaktionsmedium abgetrennt werden kann. Entsprechende Ergebnisse wurden beispielsweise von Roman-Leshkov et al. in Science 2006, 312, Seite 1933 - 1937 und von Zhang in Angewandte Chemie 2008, 120, Seiten 9485 - 9488 beschrieben.
30 In einem weiteren Schritt kann 5-HMF dann zu FDCA oxidiert werden, wie z. B. von Christensen in ChemSusChem 2007, 1 , S. 75 - 78 zitiert. Weiterhin ist die Herstellung bestimmter FDCA-Ester auch durch eine direkte Synthese ausgehend von Schleimsäure (Tagouchi in Chemistry Letter Vol. 37, No.1 (2008)) und den entsprechenden Alkoholen beschrieben. Die Verwendung von Estern der 2,5-Furandicarbonsäure als Weichmacher für Kunststoffe, insbesondere PVC, PVB, PLA, PHB oder PAMA ist bisher nur selten beschrieben. Die umfangreichste Übersicht in diesem Zusammenhang findet sich in der Veröffentlichung von R. D. Sanderson et al. in Journal of Appl. Pol. Sei. 1994, Vol. 53, S. 1785 bis 1793. Dort werden explizit die entsprechenden Ester auf Basis von n-Butanol, n-Hexanol, 2-Octanol und 2-Ethylhexanol beschrieben. Die Untersuchungen zur Wechselwirkung der Ester mit PVC zeigten, dass diese durchaus als Weichmacher für PVC Verwendung finden könnten. Allerdings wurden diese Schlussfolgerungen lediglich aus DMTA-Messungen abgeleitet. Für den Verarbeiter wichtige und aussagekräftigere anwendungstechnische
Untersuchungen wurden nicht durchgeführt.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik bestand daher die Aufgabe, einen Ester auf Basis eines Isodecanols, insbesondere eines mit hohen Anteilen an 2-Propylheptanol und einer Säurekomponente auf Basis nachwachsender Rohstoffe bereit zu stellen, der als Weichmacher für Kunststoffe wie zum Beispiel PVC, PVB, PLA, PHB oder PAMA Verwendung finden kann und der gegenüber dem DPHP deutlich verbesserte Gelierung der Plastisole und weichmachenden Wirkung zeigt, so dass hierdurch das Anwendungsspektrum des zu Grunde liegenden Alkohols deutlich vergrößert würde.
Es wurde gefunden, dass Gemische isomerer Decylester der
2,5-Furandicarbonsäure (Formel I) als Weichmacher für Kunststoffe, insbesondere PVC, PVB und PAMA verwendet werden können und dort vorteilhafte
Eigenschaften gegenüber den bereits literaturbekannten FDCA-Estern zeigen. Weiterhin zeigen diese Ester gegenüber den entsprechenden Phthalsäureestern wie DIDP oder DPHP ebenfalls anwendungstechnische Vorteile.
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Formel I
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit Gemische isomerer Decylester der 2,5-Furandicarbonsäure der Formel I. Weiter sind Gegenstand der Erfindung Zusammensetzungen, enthaltend die Gemische isomerer Decylester der
2,5-Furandicarbonsäure gemäß Formel I.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung dieser Gemische in Farben, Tinten oder Lacken, in Plastisolen, Klebstoffen oder Klebstoffkomponenten, in Dichtungsmassen, als Weichmacher in Kunststoffen oder Kunststoffkomponenten, als Lösemittel, als Schmieröl komponente und als Hilfsmittel bei der Metallverarbeitung sowie eine PVC-Zusammensetzung oder ein Plastisol, enthaltend PVC und von 5 bis 250 Massenteilen des
erfindungsgemäßen Gemisches pro 100 Massenteile PVC.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung von Gemischen isomerer Decylester der 2,5-Furandicarbonsäure, dadurch gekennzeichnet, dass man 2,5-Furandicarbonsäure mit einem Gemisch isomerer Decanole, im Folgenden Isodecanol genannt, optional in Gegenwart eines Katalysators verestert oder 2,5-Furandicarbonsäuredimethylester, mit Isodecanol unter Freisetzung von Methanol, optional unter Verwendung eines Katalysators zum Gemisch isomerer Decylester der 2,5-Furandicarbonsäure umestert. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Estergemisch auch erhalten werden, indem man zunächst 2,5-Furandicarbonsäure mit Chlorierungsmitteln in das Dichlorid überführt und dieses dann mit Isodecanol zum Zielprodukt unter Freisetzung von Chlorwasserstoff umsetzt.
Außerdem kann zur Herstellung eines Gemisches isomerer Decylester auch von Schleimsäure ausgegangen werden, die in Gegenwart von Isodecanolen unter bevorzugt saurer Katalyse im Sinne einer Eintopfreaktion simultan cyclisiert und zum entsprechenden Furandicarbonsäurediester umgesetzt wird. Gegenüber Furandicarbonsäureestern gemäß dem Stand der Technik weisen die erfindungsgemäßen Gemische isomerer Decylester der FDCA deutlich
verbesserte Eigenschaften bei der Verwendung als Weichmacher in Kunststoffen, insbesondere PVC auf. Gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten DPHP weisen die erfindungsgemäßen Ester eine verbesserte weichmachende Wirkung (Effizienz), eine deutlich verbesserte Gelierung bei einer zumindest vergleichbaren
Flüchtigkeit auf. Gegenüber dem bisherigen Standardprodukt für
Plastisolanwendungen, dem DINP wird eine vergleichbare weichmachende Wirkung, eine nur wenig langsamere Gelierung und verbesserte Flüchtigkeit beobachtet. Gegenüber dem seit einiger Zeit auf Grund der Phthalatdiskussion verstärkt eingesetzten DOTP zeigen die erfindungsgemäßen Ester
Verbesserungen bei Gelierung und weichmachender Wirkung. Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Gemische isomerer Decylester der 2,5-Furandicarbonsäure gemäß Formel I so zusammengesetzt, dass das Gemisch der Ester einen hohen Anteil an 2-Propylheptylresten aufweist. Es ist vorteilhaft, wenn das Gemisch der Ester einen Anteil an 2-Propylheptylresten in der C10- Seitenkette in einem Bereich von 50 bis zu maximal 99 Mol-% aufweist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Gemisch der Ester weniger als 20 Mol-% C10-Seitenketten mit quartären C-Atome aufweist.
Das erfindungsgemäße Gemisch kann entweder ausschließlich aus den Diestern der Formel I bestehen oder neben diesen zumindest ein Polymer und/oder zumindest einen Weichmacher, der kein Diester der Formel I ist, aufweisen. Diese Weichmacher können z. B. ausgewählt sein aus den Citronensäurethalkylestern, acylierten Citronensäuretrialkylestern, Glycehnestern, Glykoldibenzoaten, Alkylbenzoaten, Dialkyladipaten, Trialkyltrimellitaten, Dialkylterephthalaten, Dialkylphthalaten oder den Dialkylestern der 1 ,2-, 1 ,3- oder
I ^-Cyclohexandicarbonsäuren, wobei die Alkylreste von 4 bis 13, vorzugsweise 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 13 Kohlenstoffatome aufweisen. Die Weichmacher können auch Dianhydrohexitolester, bevorzugt Isosorbiddiester von
Carbonsäuren, wie zum Beispiel n- oder iso-Buttersäure, Valeriansäure oder 2- Ethylhexansäure oder Isononansäure sein.
Polymere, welche in dem erfindungsgemäßen Gemisch enthalten sein können, sind z. B. Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylbutyral (PVB), Polymilchsäure (PLA), Polyhydroxybutyral (PHB) und die Polyalkylmethacrylate (PAMA). Besonders bevorzugt ist das Polymer Polyvinylchlorid (PVC).
In bevorzugten Gemischen, die Diester der Formel I und Polymere aufweisen, beträgt das Massen-Verhältnis von Polymer/Polymeren zu Diester/-n der Formel I vorzugsweise von 30 zu 1 bis 1 zu 2,5 und bevorzugt von 20 zu 1 bis 1 zu 2.
In bevorzugten Gemischen, die Diester der Formel I und Weichmacher, die kein Diester der Formel I sind, aufweisen, beträgt das Mol-Verhältnis von
Weichmachern, insbesondere von Alkylbenzoaten, Dialkyladipaten,
Glycerinestern, Citronensäurethalkylestern, acylierten Citronensäurethalkylestern, Trialkyltrimellitaten, Glycoldibenzoaten, Dialkylterephthalaten, Dialkylphthalaten, Dialkanoylestern des Isosorbid und/oder den Dialkylestern der 1 ,2-, 1 ,3- oder 1 ,4-Cyclohexandicarbonsäuren, zu DiesterAn der Formel I vorzugsweise von 1 zu 15 bis 15 zu 1 , bevorzugt von 1 zu 6 bis 6 zu 1.
Die erfindungsgemäßen Gemische von Diester der Formel I bzw. die Diester der Formel I selbst können auf verschiedene Weisen hergestellt werden.
Vorzugsweise werden die Gemische von Diester der Formel I bzw. die Diester der Formel I mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren hergestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung isomerer Decylester der 2,5-Furandicarbonsäure zeichnet sich dadurch aus, dass 2,5-Furandicarbonsäure oder ein kürzerkettiger Dialkylester dieser Verbindung, besonders der
Dimethylester, mit einem Gemisch isomerer Decanole unter optionaler
Verwendung eines Katalysators umgesetzt wird. Weiterhin kann auch das
2,5-Furandicarbonsäuredichlohd, welches durch Umsetzung der FDCA mit Chlorierungsmitteln wie beispielweise Thionylchlorid erhalten werden kann, als Ausgangsstoff zur Herstellung der Diisodecylester eingesetzt werden. Geeignete Bedingungen zur Umsetzung von FDCA zum Diisodecylester über die
Zwischenstufe des Dichlorids finden sich in den Beispielen. Vorzugsweise wird ein Gemisch isomerer Decanole eingesetzt, welches 50 - 99 Mol-%, insbesondere zu 70 - 99 Mol-%, besonders bevorzugt zu 85 - 99 Mol-%, insbesondere 95 - 99 Mol-% 2-Propylheptanol aufweist.
Herstellung der isomeren Decylalkohole
Prinzipiell können alle technischen Gemische von Decanolen, besonders primäre Alkohole bzw. Alkoholgemische mit der allgemeinen Summenformel C10H21OH eingesetzt werden. Vorzugsweise werden solche Gemische isomerer Decanole mit der Formel CgHi9CH2OH eingesetzt, die hinsichtlich des Anteils an 2- Propylheptanol oder n-Decanol, sowie des Gehalts an mehrfach substituierten C10-Alkoholen mit quartären C-Atomen in den oben angegebenen Bereichen liegen. Besonders bevorzugt sind Decanole mit einem hohen Anteil an 2- Propylheptanol. Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Estergemische einsetzbaren
C10-Alkohole können technisch einfach durch Aldolkondensation der C5-Aldehyde n-Valeraldehyd (= n-Pentanal), iso-Valeraldehyd (2-Methylbutanal) und
3-Methylbutanal, mit anschließender Wasserabspaltung und Hydrierung erhalten werden.
N- bzw. iso-Valeraldehyd können wiederum beispielsweise durch
Hydroformylierung von 1 -Buten oder 2-Buten hergestellt werden. Bei dieser Reaktion fällt n- und iso-Valeraldehyd in Abhängigkeit vom verwendeten
Hydroformylierungskatalysator und den Reaktionsbedingungen in wechselnden Verhältnissen an. Wird ein solches Gemisch einer Aldolkondensation unterworfen, so werden verschiedene substituierte Produkte erhalten; die Hydroformylierung von Isobuten macht 3-Methylbutanal zugänglich.
Die Synthese der Isodecanole kann durch folgende Schritte erfolgen:
a) ein C4-Olefin oder ein C4-Olefingemisch wird zu den entsprechenden C5-
Aldehyden hydroformyliert
b) die unter a) entstandenen Aldehyde werden zu Decenalen aldolkondensiert c) die im Schritt b) entstandenen Decenale werden zu Decanolen hydriert
Für die Herstellung der Decanolgemische werden 1 -Buten, 2-Butene, Isobuten oder Gemische dieser Olefine als Ausgangsstoffe verwendet. Die
Hydroformylierung dieser Gemische kann nach verschiedenen Verfahren durchgeführt werden.
In der Regel werden für die Hydroformylierung Kobalt- oder
Rhodiumkatalysatoren, unmodifiziert oder modifiziert eingesetzt.
Die Hydroformylierung von Isobuten zu 3-Methylbutanal wird beispielsweise in folgender Literaturstelle beschrieben (V. Y. Gankin, L. S. Genender, D. M.
Rudkovskii, USSR Zh. Prikl. Khim. (Leningrad) (1968), 41 (10), S. 2275-81 ).
Die Hydroformylierung von linearen Butenen oder deren Gemischen wird beispielsweise in den Druckschriften EP 0 094 456, DE 196 17 178,
EP 0 562 451 oder EP 0 646 563 offenbart.
Die Aldolkondensation von n-Valeraldehyd, iso-Valeraldehyd, 3-Methylbutanal oder eines Gemisches von C5-Aldehyden erfolgt auf üblicher Weise unter
Einwirkung basischer Katalysatoren. Als Katalysatoren finden Alkalicarbonate oder Alkalihydroxide, insbesondere Verbindungen des Natriums oder Kaliums, oder Amine, vorzugsweise tertiäre Amine wie Triethylamin, Tri-n-propylamin, Tri-n-butylamin Anwendung. Man arbeitet bei Temperaturen von 60 bis 160 0C, insbesondere 80 bis 130 0C und bei Normaldruck oder bei bis etwa 1 MPa erhöhtem Druck. Die Reaktionszeit beträgt wenige Minuten bis zu mehreren Stunden und ist insbesondere abhängig vom Katalysatortyp und
Reaktionstemperatur.
Die Aldolkondensation von C5-Aldehyden in Rührreaktoren wird beispielsweise in WO 93/20034 beschrieben. Die Durchführung von Aldolkondensationen von Aldhyden in Rohrreaktoren wird beispielsweise in DE 199 57 522 offenbart.
Die durch Aldolkondensation der C5-Aldehyde gewonnenen Decenale werden in reiner Form oder als Gemisch hydriert. Die Hydrierung wird bevorzugt in der Flüssigphase durchgeführt. Zur Hydrierung können Katalysatoren oder Katalysatorsysteme verwendet werden, die sowohl olefinische Doppelbindungen als auch Carbonylgruppen hydrieren. Für die Hydrierung der α,ß-ungesättigten Aldehyde sind insbesondere diejenigen Katalysatoren geeignet, die in der Technik für die Hydrierung von 2- Ethylhex-2-enal zu 2-Ethylhexanol eingesetzt werden.
Man kann zur Hydrierung z. B. Kupfer/Nickel-, Kupfer/Chrom-,
Kupfer/Chrom/Nickel-, Zink/Chrom-, Nickel/Molybdän-Katalysatoren verwenden. Es können auch Kombinationen von zwei oder mehreren Katalysatoren verwendet werden. Die Katalysatoren können trägerfrei sein, oder die hydrieraktiven Stoffe bzw. ihre Vorläufer können auf Träger, wie beispielsweise Siliciumdioxid oder Aluminiumdioxid, aufgebracht sein.
Bevorzugte Katalysatoren, an denen die α,ß-ungesättigten Aldehyde hydriert werden, enthalten jeweils 0,3- 15 Massen-% Kupfer und Nickel sowie als
Aktivatoren 0,05 - 3,5 Massen-% Chrom und vorteilhaft 0,01 - 1 ,6 Massen-%, vorzugsweise 0,02 - 1 ,2 Massen-% einer Alkalikomponente auf einem
Trägermaterial, vorzugsweise Aluminiumoxid und Siliciumdioxid. Die Mengenangaben beziehen sich auf den noch nicht reduzierten Katalysator. Die Alkalikomponente ist optional.
Die Katalysatoren werden vorteilhaft in einer Form eingesetzt, in der sie einen geringen Strömungswiderstand bieten, z. B. in Form von Granalien, Pellets oder Formkörpern, wie Tabletten, Zylindern, Strangextrudate oder Ringen. Sie werden zweckmäßig vor ihrem Einsatz aktiviert, z. B. durch Erhitzen im Wasserstoffstrom.
Die Hydrierung, bevorzugt eine Flüssigphasenhydrierung, wird im Allgemeinen unter einem Gesamtdruck von 0,5 bis 20,0 MPa, insbesondere von 0,5 bis 3,0 MPa ganz besonders 1 ,5 bis 2,5 MPa durchgeführt. Eine Hydrierung in der Gasphase kann auch bei niedrigeren Drücken durchgeführt werden, mit entsprechend großen Gasvolumina. Werden mehrere Hydrierungsreaktoren eingesetzt, können die Gesamtdrücke in den einzelnen Reaktoren innerhalb der genannten Druckgrenzen gleich oder verschieden sein.
Die Reaktionstemperaturen liegen bei Hydrierung in flüssiger oder gasförmiger Phase in der Regel zwischen 120 und 220 0C, insbesondere zwischen 140 und 180 0C.
Beispiele für solche Hydrierungen sind in den Patentanmeldungen EP 0 470 344 und EP 0 326 674 beschrieben.
Optional kann die Hydrierung von Decenalen zu Decanolen zweistufig
durchgeführt werden. Dabei wird in der ersten Stufe beispielsweise an einem Palladiumkatalysator die olefinische Doppelbindung und in der zweiten Stufe an einem der oben genannten Kontakte die Carbonylgruppe hydriert.
Ausgehend von C4-Olefinen entstehen Decanolgemische, die im Wesentlichen einen oder mehreren der folgenden Stoffe enthalten: 2-Propylheptanol, 4-Methyl-2-propyl-hexanol, 5-Methyl-2-propyl-hexanol, 2- isopropyl-4-methyl-hexanol, 2-isopropyl-5-methyl-hexanol. Die aufgezählten Decanole bestehen jeweils aus mindestens zwei Stereoisomeren.
5 Die Zusammensetzung dieser Decanolgemische ist, wie bereits erwähnt,
abhängig vom Einsatzstoff und dem Hydroformylierungsverfahren. Alle
Decanolgemische, die auf beschriebener Weise aus C4-Olefinen gewonnen werden, können zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ester eingesetzt werden. Besonders bevorzugte Decanolgemische sind diejenigen, die zu 50 - 99 Mol-%, lo insbesondere zu 70 - 99 Mol-%, besonders bevorzugt zu 85 - 99 Mol-%,
insbesondere 95 - 99 Mol-% aus 2-Propylheptanol bestehen.
Die Synthese der Isodecylalkohole aus einem C4-Olefin oder einem
C4-Olefingemisch ist in der Regel wirtschaftlicher als der konventionelle Weg über i5 die Trimerisierung von Propylen mit anschließender Hydroformylierung und
Hydrierung, bei dem überwiegend methylverzweigte Isodecanolgemische entstehen. Alternativ sei hier auch die Verwendung von C10-Alkoholgemischen aus dem Polygasprozess genannt, die neben den C10-Anteilen auch noch, bedingt durch die Verwendung von Olefinmischungen mit im Wesentlichen 8 bis
20 10 C-Atomen als Ausgangsprodukt für die Hydroformylierung, C9- und
C11 -Alkohole enthalten. Dennoch sind auch diese Isodecanolgemische geeignet zur Herstellung erfindungsgemäßer Ester.
Beispielhaft sei hier das Isodecanol-Gemisch der Fa. ExxonMobil mit dem
Handelsnamen Exxal 10 genannt. Weiterhin können auch Mischungen der o. g.
25 Varianten zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ester eingesetzt werden.
Bevorzugt enthalten die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Gemische isomerer Decylalkohole, besonders solche mit der Formel CgHi9CH2OH, weniger als 20 Mol-%, vorzugsweise weniger als 10 Mol-%, bevorzugt weniger als 5 Mol-% 30 Decylalkohole mit quartären C-Atomen. Die Anwesenheit dieser Alkohole
verschlechtert zahlreiche anwendungstechnische Eigenschaften und reduziert auch die Geschwindigkeit des biologischen Abbaus des Moleküls. Es kann außerdem vorteilhaft sein, wenn die zur Herstellung der im erfindungsgemäßen Gemisch enthaltenen Diester der Formel I verwendeten Isodecanole, bevorzugt die mit der Formel C9Hi9CH2OH, 1 bis 60 %, insbesondere 1 bis 50 %, bevorzugt 2 bis 30 % n-Decanol aufweisen. Hierdurch sollten zahlreiche anwendungstechnische Eigenschaften wie Gelierung, weichmachende Wirkung etc. verbessert werden können. Da dieser Alkohol jedoch weder durch Aldolkondensation von C5-Aldehyden mit nachfolgender Hydrierung noch durch die Hydroformylierung und anschließende Hydrierung von Trimer-Propylen oder Nonen-Mischungen aus dem Polygas-Prozess in signifikanten Anteilen gebildet wird, müsste n-Decanol bei Bedarf zugemischt werden. N-Decanol ist wiederum beispielsweise großtechnisch zugänglich aus der Ethylen-Oligomerisierung oder aus der Fraktionierung von Fettalkoholen. Die Isomerenverteilungen der isomeren Alkohole in den Gemischen können mit den üblichen, dem Fachmann geläufigen Messmethoden wie NMR-Spektroskopie, GC- oder GC/MS-Spektroskopie, bevorzugt nach Überführung in die SiIyI- oder Methyl ester, ermittelt werden.
Furandicarbonsäure
Furan-2,5-dicarbonsäure (FDCA, CAS-Nr: 3238-40-2) ist bisher nicht
großtechnisch verfügbar, kann aber entweder gemäß Literaturangaben hergestellt oder kommerziell erworben werden. Die gegebenenfalls gewünschte oder bevorzugte Überführung in das Dichlorid wird in den Beispielen ausführlich beschrieben.
Veresterung
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ester wird entweder 2,5- Furandicarbonsäure oder ein reaktives Derivat wie beispielsweise das
entsprechende Dichlorid (s. Beispiele) mit einem Gemisch isomerer Decanole umgesetzt. Bevorzugt erfolgt die Veresterung ausgehend von Furandicarbonsäure und Isodecanol mit Hilfe eines Katalysators.
Die Veresterung der Furandicarbonsäure mit einem Isodecanolgemisch zu den entsprechenden Estern kann autokatalytisch oder katalytisch, beispielsweise mit Brönstedt- oder Lewissäuren durchgeführt werden. Ganz gleich welche Art der Katalyse gewählt wird, es entsteht immer ein temperaturabhängiges Gleichgewicht zwischen den Einsatzstoffen (Säure und Alkohol) und den Produkten (Ester und Wasser). Um das Gleichgewicht zu Gunsten des Esters zu verschieben, kann ein Schleppmittel eingesetzt werden, mit dessen Hilfe das Reaktionswasser aus dem Ansatz entfernt wird. Da die zur Veresterung eingesetzten Alkoholgemische niedriger als die Furandicarbonsäure, deren reaktive Derivate und deren Ester sieden und mit Wasser eine Mischungslücke aufweisen, werden sie häufig als Schleppmittel eingesetzt, das nach Wasserabtrennung wieder in den Prozess zurückgeführt werden kann. Der zur Bildung des Esters eingesetzte Alkohol bzw. das isomere
Decanolgemisch, das gleichzeitig als Schleppmittel dient, wird im Überschuss, bevorzugt 5 bis 50 Massen-%, insbesondere 10 bis 30 Massen-% der zur Bildung des Esters notwendigen Menge eingesetzt. Als Veresterungskatalysatoren können Säuren, wie beispielsweise Schwefelsäure, Methansulfonsäure oder p-Toluolsulfonsäure, oder Metalle oder deren
Verbindungen eingesetzt werden. Geeignet sind z. B. Zinn, Titan, Zirconium, die als feinverteilte Metalle oder zweckmäßig in Form ihrer Salze, Oxide oder löslichen organischen Verbindungen verwendet werden. Die Metallkatalysatoren sind im Gegensatz zu Protonensäuren Hochtemperaturkatalysatoren, die ihre volle Aktivität oft erst bei Temperaturen oberhalb 180 0C erreichen. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Furandicarbonsäure bei Temperaturen oberhalb von 190 0C zur Abspaltung von CO2 neigt und sich hieraus dann die Monocarbonsäure bildet, welche natürlich dann nicht mehr zum Zielprodukt umgesetzt werden kann.
Die Metallkatalysatoren werden jedoch bevorzugt eingesetzt, weil sie im Vergleich zur Protonen katalyse weniger Nebenprodukte, wie beispielsweise Olefine aus dem eingesetzten Alkohol, bilden. Beispielhafte Vertreter für Metall katalysatoren sind Zinnpulver, Zinn(ll)oxid, Zinn(ll)oxalat, Titansäureester wie
Tetraisopropylorthotitanat oder Tetrabutylorthotitanat sowie Zirconiumester wie Tetrabutylzirconat. Die Katalysatorkonzentration hängt von der Art des Katalysators ab. Bei den bevorzugt eingesetzten Titanverbindungen beträgt diese 0,005 bis 2,0 Massen-% bezogen auf das Reaktionsgemisch, insbesondere 0,01 bis 0,5 Massen-%, ganz besonders 0,01 bis 0,1 Massen-%. Die Reaktionstemperaturen liegen bei Verwendung von Titan katalysatoren zwischen 160 0C und 270 0C, vorzugsweise bei 160 bis 200 0C. Die optimalen Temperaturen hängen von den Einsatzstoffen, Reaktionsfortschritt und der Katalysatorkonzentration ab. Sie können für jeden Einzelfall durch Versuche leicht ermittelt werden. Höhere Temperaturen erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeiten und begünstigen Nebenreaktionen, wie beispielsweise Wasserabspaltung aus Alkoholen oder Bildung farbiger Nebenprodukte. Es ist zur Entfernung des
Reaktionswassers günstig, dass der Alkohol aus dem Reaktionsgemisch abdestillieren kann. Die gewünschte Temperatur oder der gewünschte
Temperaturbereich kann durch den Druck im Reaktionsgefäß eingestellt werden. Bei niedrig siedenden Alkoholen wird daher die Umsetzung bei Überdruck und bei höher siedenden Alkoholen bei vermindertem Druck durchgeführt. Beispielsweise wird bei der Umsetzung von FDCA mit einem Gemisch isomerer Decanole in einem Temperaturbereich von 160 0C bis 190 0C im Druckbereich von 0,1 MPa bis 0,001 MPa gearbeitet.
Die in die Reaktion zurückzuführende Flüssigkeitsmenge kann teilweise oder vollständig aus Alkohol bestehen, der durch Aufarbeitung des azeotropen
Destillats gewonnen wird. Es ist auch möglich, die Aufarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt durchzuführen und die entfernte Flüssigkeitsmenge ganz oder teilweise durch frischen Alkohol, d. h. aus einem im Vorratsgefäß bereitstehenden Alkohol zu ersetzen. Die Rohestergemische, die neben dem/den Ester(n), Alkohol, Katalysator oder dessen Folgeprodukten und gegebenenfalls Nebenprodukte enthalten, werden nach an sich bekannten Verfahren aufgearbeitet. Die Aufarbeitung umfasst dabei folgende Schritte: Abtrennung des überschüssigen Alkohols und gegebenenfalls Leichtsieder, Neutralisation der vorhandenen Säuren, optional eine
Wasserdampfdestillation, Umwandlung des Katalysators in einen leichtfiltherbaren Rückstand, Abtrennung der Feststoffe und gegebenenfalls eine Trocknung. Dabei können je nach angewendetem Aufarbeitungsverfahren die Reihenfolge dieser Schritte verschieden sein.
Optional kann das Gemisch der Diisodecylester aus dem Reaktionsgemisch, gegebenenfalls nach Neutralisation des Ansatzes, destillativ abgetrennt werden.
Umesterung
Alternativ können die erfindungsgemäßen Diisodecylester durch Umesterung eines Furan-2,5-dicarbonsäurediesters mit einem Isodecanolgemisch gewonnen werden. Als Edukte werden Furan-2,5-dicarbonsäurediester eingesetzt, deren am O-Atom der Estergruppe gebundenen Alkylreste 1 -9 C-Atome aufweisen. Diese Reste können aliphatisch, geradkettig oder verweigt, alicyclisch oder aromatisch sein. Eine oder mehrere Methylengruppen dieser Alkyl-Reste können durch Sauerstoff substituiert sein. Es ist zweckmäßig, dass die dem Eduktester zugrunde liegenden Alkohole niedriger sieden als das eingesetzte
Isodecanolgemisch. Ein bevorzugter Einsatzstoff ist Furan-2,5- dicarbonsäuredimethylester.
Die Umesterung wird katalytisch, beispielsweise mit Brönstedt- oder Lewissäuren oder Basen, durchgeführt. Ganz gleich welcher Katalysator eingesetzt wird, es entsteht immer ein temperaturabhängiges Gleichgewicht zwischen den
Einsatzstoffen (Dialkylester und Isononanolgemisch) und den Produkten
(Diisodecylestergemisch und freigesetzter Alkohol). Um das Gleichgewicht zu Gunsten des Diisodecylestergemisches zu verschieben, wird der aus dem
Eduktester entstehende Alkohol aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert. Es ist auch hier zweckmäßig, das Isodecanolgemisch im Überschuss einzusetzen. Als Umesterungskatalysatoren können Säuren, wie beispielsweise Schwefelsäure, Methansulfonsäure oder p-Toluolsulfonsäure, oder Metalle oder deren
Verbindungen eingesetzt werden. Geeignet sind z. B. Zinn, Titan, Zirconium, die als feinverteilte Metalle oder zweckmäßig in Form ihrer Salze, Oxide oder löslichen organischen Verbindungen verwendet werden. Die Metallkatalysatoren sind im Gegensatz zu Protonensäuren Hochtemperaturkatalysatoren, die ihre volle Aktivität erst bei Temperaturen oberhalb 180 0C erreichen. Sie werden jedoch bevorzugt eingesetzt, weil sie im Vergleich zur Protonen katalyse weniger
Nebenprodukte, wie beispielsweise Olefine aus dem eingesetzten Alkohol, bilden. Beispielhafte Vertreter für Metallkatalysatoren sind Zinnpulver, Zinn(ll)oxid, Zinn(ll)oxalat, Titansäureester wie Tetraisopropylorthotitanat oder
Tetrabutylorthotitanat sowie Zirconiumester wie Tetrabutylzirconat. Weiterhin können basische Katalysatoren, wie beispielsweise Oxide, Hydroxide, Hydrogencarbonate, Carbonate oder Alkoholate von Alkali- oder Erdalkalimetallen verwendet werden. Aus dieser Gruppe werden bevorzugt Alkoholate, wie beispielsweise Natriummethylat eingesetzt. Alkoholate können auch in situ aus einem Alkalimetall und einem Decanol bzw. einem Isodecanolgemisch hergestellt werden.
Die Katalysatorkonzentration hängt von der Art des Katalysators ab. Sie liegt üblicherweise zwischen 0,005 bis 2,0 Massen-% bezogen auf das
Reaktionsgemisch.
Die Reaktionstemperaturen für die Umesterung liegen üblicherweise zwischen 100 und 220 0C. Sie müssen mindestens so hoch sein, dass der aus dem Eduktester entstehende Alkohol bei dem vorgegebenen Druck, meistens Normaldruck, aus dem Reaktionsgemisch abdestillieren kann.
Die Umesterungsgemische können genauso wie für die Veresterungsgemische beschrieben aufgearbeitet werden. Verwendung
Die erfindungsgemäßen Gemische isomerer Decylester der
2,5-Furandicarbonsäure können als Weichmacher, insbesondere in
Kunststoffzusammensetzungen, Klebstoffen, Dichtungsmassen, Lacken, Farben, Plastisolen, Kunstledern, Fußbodenbelägen, Unterbodenschutz, beschichteten Geweben, Tapeten oder Tinten verwendet werden. Vorzugsweise können die erfindungsgemäßen Weichmacher in Profilen, Dichtungen,
Lebensmittelverpackungen, Folien, Spielzeugen, Medizinalartikeln, Dachbahnen, Kunstledern, Fußbodenbelägen, Unterbodenschutz, beschichteten Geweben, Tapeten, Kabeln und Drahtummantelungen, besonders bevorzugt in
Lebensmittelverpackungen, Spielzeugen, Medizinalartikeln, wie z. B. in Beuteln und Schläuchen für Infusionen, Dialyse und Drainagen, Tapeten,
Fußbodenbelägen und beschichteten Geweben verwendet werden.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Gemische isomerer Decylester der 2,5-Furandicarbonsäure sind insbesondere erfindungsgemäße
Zusammensetzungen erhältlich, die das Gemisch isomerer Decylester der 2,5-Furandicarbonsäure enthalten.
Solche Zusammensetzungen können das erfindungsgemäße Gemisch isomerer Decylester der 2,5-Furandicarbonsäure alleine oder in Mischungen mit anderen Weichmachern aufweisen. Falls die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen das erfindungsgemäße Gemisch isomerer Decylester der 2,5-Furandicarbonsäure im Gemisch mit anderen Weichmachern aufweisen, so können die anderen Weichmacher vorzugsweise aus der Gruppe der Phthalsäuredialkylester, bevorzugt mit 4 bis 13 C-Atomen in der AI kyl kette; Trimellitsäurethalkylester, bevorzugt mit 4 bis 10 C-Atomen in der Seitenkette; Adipinsäuredialkylester und bevorzugt Terephthalsäuredialkylester jeweils bevorzugt mit 4 bis 13 C-Atomen in der Seitenkette; 1 ,2-Cyclohexandisäurealkylestern,
1 ,3-Cyclohexandisäurealkylestern und 1 ,4-Cyclohexandisäurealkylestern, bevorzugt 1 ,2-Cyclohexandisäurealkylestern, jeweils bevorzugt mit Alkyl = Alkylrest mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen in der Seitenkette; Dibenzoesäurester von Glykolen; Alkylsulfonsäurester von Phenol mit vorzugsweise einem Alkylrest, der 8 bis 22 C-Atome enthält; Polymerweichmacher, Glycerinester, Isosorbidester und Benzoesäurealkylester, vorzugsweise mit 7 bis 13 C-Atomen in der AI kyl kette, ausgewählt sein. In allen Fällen können die Alkylreste linear oder verzweigt sowie gleich oder verschieden sein. Besonders bevorzugt weist die Zusammensetzung neben dem Gemisch isomerer Nonylester der 2,5-Furandicarbonsäure
insbesondere einen Benzoesäurealkylester mit Alkyl = Alkylrest mit 7 bis 13 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Benzoesäureisononylester,
Benzoesäurenonylester, Benzoesäureisodecylester,
Benzoesäurepropylheptylester oder Benzoesäuredecylester auf. Der Anteil an erfindungsgemäßen Gemischen isomerer Nonylester der 2,5-Furandicarbonsäure in dem Gemisch mit anderen Weichmachern beträgt vorzugsweise 15 bis 90 Massen-% , besonders bevorzugt 20 bis 80 Massen-% und ganz besonders bevorzugt 30 bis 70 Massen-%, wobei sich die Massenanteile aller vorhandenen Weichmacher zu 100 % addieren.
Die genannten Zusammensetzungen aus Gemischen isomerer Decylester der
2,5-Furandicarbonsäure und anderen Weichmachern können als
Weichmacherzusammensetzung in Kunststoffzusammensetzungen, Klebstoffen,
Dichtungsmassen, Lacken, Farben, Plastisolen oder Tinten verwendet werden.
Aus den erfindungsgemäßen Weichmacherzusammensetzungen hergestellte
Kunststoffprodukte können beispielsweise sein: Profile, Dichtungen,
Lebensmittelverpackungen, Folien, Spielzeug, Medizinalartikel, wie sie z. B. für Infusionen, Dialyse und Drainagen verwendet werden, Dachbahnen, Kunstleder,
Fußbodenbeläge, Unterbodenschutz, beschichtete Gewebe, Tapeten, Kabel und
Drahtummantelungen. Bevorzugt sind aus dieser Gruppe
Lebensmittelverpackungen, Spielzeug, Medizinalartikel, Tapeten, beschichtete
Gewebe und Fußbodenbeläge zu nennen.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, die ein Gemisch isomerer
Decylester der 2, 5-Furandicarbonsäure enthalten, können ein Polymer, ausgewählt aus Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenchlorid (PVDC),
Polyacrylaten, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyalkylmethacrylat (PAMA), Fluorpolymeren, insbesondere Polyvinylidenfluorid (PVDF),
Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylacetat (PVAc, Polyvinylalcohol (PVA), Polyvinylacetale, insbesondere Polyvinylbutyral (PVB), Polystyrolpolymere, insbesondere Polystyrol (PS), Expandierbares Polystyrol (EPS), Acrylonitril-Styrol- Acrylat (ASA), Styrolacrylonitril (SAN), Acrylonitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol- Maleinsäureanhydrid-Copolymer (SMA), Styrol-Methacrylsäure-Copolymer, Polyolefine, insbesondere Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP),
thermoplastische Polyolefine (TPO), Polyethylen-Vinylacetat (EVA),
Polycarbonate, Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polyethylenglykol (PEG), Polyurethan (PU), Thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polysulfide (PSu), Biopolymere, insbesondere Polymilchsäure (PLA), Polyhydroxybutyral (PHB),
Polyhydroxylvalehansäure (PHV), Polyester, Stärke, Cellulose und Cellulose- Derivate, insbesondere Nitrocellulose (NC), Ethylcellulose (EC), Celluloseacetat (CA), Cellulose-Acetat/Butyrat (CAB), Gummi oder Silikone sowie Mischungen oder Copolymere der genannten Polymere oder deren monomeren Einheiten aufweisen. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen PVC oder Homo- oder Copolymere auf Basis von Ethylen, Propylen, Butadien, Vinylacetat, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, Methacrylaten, Acrylaten, Acrylaten oder Methacrylaten mit am Sauerstoffatom der Estergruppe
gebundenen Alkylresten von verzweigten oder unverzweigten Alkoholen mit einem bis zehn Kohlenstoffatome(n), Styrol, Acrylnitril oder cyclischen Olefinen auf.
Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung als PVC-Typ
Suspensions-, Masse-, Mikrosuspensions- oder Emulsions-PVC. Bezogen auf 100 Massenteile Polymer enthalten die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen vorzugsweise von 5 bis 200, bevorzugt von 10 bis 150 Massenteile an
Weichmacher.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können neben den genannten Bestandteilen weitere Bestandteile enthalten, insbesondere z. B. weitere
Weichmacher, Füllstoffe, Pigmente, Stabilisatoren, Co-Stabilisatoren wie beispielsweise epoxidiertes Sojabohnenöl sowie Gleitmittel, Treibmittel, Kicker, Antioxidanzien oder Biozide.
Die Zusammensetzungen, welche die genannten Polymere aufweisen, können als Klebstoffe, Dichtungsmassen, Lacke, Farben, Plastisole, Kunstleder,
Fußbodenbeläge, Unterbodenschutz, Gewebebeschichtungen, Tapeten oder Tinten oder zu deren Herstellung verwendet werden. Soweit es sich bei den genannten Zusammensetzungen um Kunststoffe handelt, können diese
insbesondere zu Profilen, Dichtungen, ein- oder mehrteilige
Verschlussvorrichtungen, Lebensmittelverpackungen, Folien, Spielzeug,
Medizinalartikeln, Dachbahnen, Kunstleder, Fußbodenbelägen,
Unterbodenschutz, beschichteten Geweben, Tapeten, Kabel und
Drahtummantelungen verarbeitet werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne ihre
Anwendungsbreite einzuschränken, die sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen ergibt.
Beispiele
Die erfindungsgemäßen Ester wurden zunächst in einer zweistufigen Synthese ausgehend von Furan-2,5-dicarbonsäure über das Dichlorid hergestellt.
Beispiel 1 : Synthesevorschrift für Furan-2,5-dicarbonsäuredichlorid (II)
In einem 250 mL-Dreihalskolben, mit Rückflusskühler und Tropftrichter wurden unter Argon 72,1 g (462 mmol) Furan-2,5-dicarbonsäure vorgelegt. In einem Zeitraum von 10 min wurden 165 g (1.39 mol) Thionylchlorid, versetzt mit einigen Tropfen N,N-Dimethylformamid, zugegeben. Die Suspension wurde auf Rückfluss- Temperatur erhitzt und das entstehende Gas durch Waschflaschen mit wässriger KOH-Lösung abgeleitet. Es wurde dann 4 h bis zur Beendigung der Gasentwicklung und vollständigen Auflösung des Feststoffes unter Rückfluss erhitzt.
Die Isolierung des Produktes erfolgte, nach Abziehen von überschüssigem
Thionylchlorid, durch destillative Aufreinigung (T = 110 0C, p = 0,0012 MPa).
Hierbei resultierten 79,4 g Dichlorid als farbloser, kristalliner Feststoff (Ausbeute 89 %) mit einem Schmelzpunkt: 79,5-80,0 0C.
Furan-2,5-dicarbonsäuredichlorid wird bis zur Weiterverwendung unter Schutzgas (Argon) im Dunklen bei Raumtemperatur gelagert.
Beispiel 2: Synthese der Furan-2,5-dicarbonsäureester
Unter Argon wurde in einem Dreihalskolben mit Rückflusskühler und Tropftrichter das Dichlorid vorgelegt und durch Erhitzen geschmolzen. Zur Flüssigkeit wurden 2,4 Äquivalente Alkohol langsam zugetropft, wobei es zur exothermen Reaktion mit Gasentwicklung kam. Das entstehende Gas wurde durch Waschflaschen mit wässriger KOH-Lösung geleitet. Nach vollständiger Zugabe wurde 16 h bei einer Temperatur von 80 - 100 0C gerührt.
Der überschüssige Alkohol wurde in Gegenwart von Siedesteinen unter reduziertem Druck entfernt und das Rohprodukt zweimal destillativ aufgereinigt.
Für die Synthese des Vergleichsbeispiels wurde kommerziell erhältliches 2- Ethylhexanol eingesetzt. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Estergemisches wurde kommerziell erhältlicher C10-Alkohol der CAS Reg. Nr. 10042-59-8 verwendet, wie er z. B. als Propylheptanol angeboten wird.
Letzteres hatte die folgende Zusammensetzung gemäß gaschromatographischer Analyse:
86,3 Massen-% 2-Propylheptanol; 13,4 Massen-% 2-Propyl-4-methylhexanol; 0,3 Massen-% Rest In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse der beiden Synthesen dokumentiert.
Tabelle 1 :
Figure imgf000023_0001
Die Umsetzungen von Furan-2,5-dicarbonsäuredichlohd (2) zu den
korrespondierenden Estern erfolgen somit nahezu quantitativ.
Beispiel 3: Herstellung von Piastisolen
Die mit den erfindungsgemäßen Estern erzielbaren vorteilhaften Eigenschaften sollen im Folgenden an Plastisolen und hieraus erhältlichen Halbzeugen aufgezeigt werden.
Die verwendeten Einwaagen der Komponenten für die verschiedenen Plastisole sind der nachfolgenden Tabelle 2 zu entnehmen. Tabelle 2: Rezepturen [Alle Angaben in phr (= Massenteile pro 100 Massenteile PVC)]
Figure imgf000024_0001
Die flüssigen Bestandteile wurden vor den festen Bestandteilen in einem geeigneten PE-Becher eingewogen. Von Hand wurde die Mischung mit einem Salbenspatel so eingerührt, dass kein unbenetztes Pulver mehr vorhanden war. Der Mischbecher wurde dann in die Klemmvorrichtung eines Dissolverrührers eingespannt. Mit der geeigneten Mischerscheibe wurde die Probe homogenisiert. Dabei wurde die Drehzahl von 330 U/min bis 2000 U/min erhöht, und so lange gerührt, bis die Temperatur an der Digitalanzeige des Thermofühlers 30,0 0C erreichte. Damit war sicher gestellt, dass die Homogenisierung des Plastisols bei einem definierten Energieeintrag erreicht wurde. Danach wurde das Plastisol sofort bei 25,0 0C temperiert. Beispiel 4: Messung der Geliergeschwindigkeit
Die Untersuchung des Gelierverhaltens der Plastisole wurde im Physica MCR 101 im Oszillationsmodus mit einem Platte-Platte Meßsystem (PP25), welches schubspannungsgesteuert betrieben wurde, vorgenommen. Eine zusätzliche Temperrierhaube wurde an das Gerät angeschlossen, um die bestmögliche Wärmeverteilung zu erreichen. Folgende Parameter wurden eingestellt:
Modus: Temperatur-Gradient
Start-Temperatur: 25 0C
End-Temperatur: 180 0C
Heiz/Kühl rate: 5 °C/min
Temperatur nach der Messung: 25 0C
Oszillations-Frequenz: 4-0,1 Hz Rampe logarithmisch
Kreisfrequenz Omega: 10 1/s
Anzahl Messpunkte: 63
Messpunktdauer: 0,5 min
Automatische Spaltnachführung F : 0 N
konstante Messpunktdauer
Spaltweite 0,5 mm
Durchführung der Messung:
Auf die untere Messsystemplatte wurde mit dem Spatel ein Tropfen der zu messenden Plastisolrezeptur luftblasenfrei aufgetragen. Dabei wurde darauf geachtet, dass nach dem Zusammenfahren des Messsystems etwas Plastisol gleichmäßig aus dem Messsystem herausquellen konnte (nicht mehr als ca. 6 mm rundum). Anschließend wurde die Temperierhaube über der Probe positioniert und die Messung gestartet.
Bestimmt wurde die sog. komplexe Viskosität des Plastisols in Abhängigkeit von der Temperatur. Ein Einsetzen des Geliervorganges war in einem plötzlichen starken Anstieg der komplexen Viskosität zu erkennen. Je früher dieser
Viskositätsanstieg einsetzte, desto besser war die Gelierfähigkeit des Systems. Für einen Vergleich wurde aus den Kurven durch Interpolation für jedes Plastisol die Temperatur bestimmt, bei der eine komplexe Viskosität von 1000 Pa * s erreicht war.
Hierbei ergaben sich die in Tabelle 3 aufgeführten Werte:
Tabelle 3: Gelierverhalten
Figure imgf000026_0001
Es ist hier deutlich zu erkennen, dass der erfindungsgemäße Furandiester (Plastisol 1 ) gegenüber dem entsprechenden Phthalat DPHP (Plastisol 4) und dem Terephthalat DOTP (Plastisol 5) eine verbesserte Gelierung aufweist. Die große Lücke in der Geliergeschwindigkeit, die sich zwischen den beiden
Phthalaten DINP und DPHP auftut, wird durch die erfindungsgemäßen Ester geschlossen.
Beispiel 5: Messung der Shore-Härte von Gießlingen
Die Shore-Härte A ist ein Maß für die Weichheit eines Probekörpers. Je weiter bei einer bestimmten Messdauer eine genormte Nadel in den Probenkörper eindringen kann, desto niedriger fällt der Messwert aus. Der Weichmacher mit der höchsten Effizienz ergibt bei gleicher Weichmachermenge den niedrigsten Wert für die Shore Härte. Umgekehrt kann bei sehr effizienten Weichmachern ein gewisser Anteil in der Rezeptur eingespart werden, was in vielen Fällen für den Verarbeiter geringere Kosten bedeutet. Zur Bestimmung der Shore-Härten wurden die gemäß Beispiel 4 hergestellten Plastisole in kreisrunde Gießformen mit einem Durchmesser von 42 mm
gegossen. Dann wurden die Plastisole in den Formen im Umlufttrockenschrank 30 min bei 200 0C geliert, nach Abkühlung entnommen und vor der Messung mindestens 24 Stunden im Trockenschrank (25 0C) gelagert. Die Dicke der Scheiben betrug ca. 12 mm.
Die Messungen selbst wurden nach DIN 53 505 mit einem Shore-A-Messgerät der Fa. Zwick-Roell durchgeführt, der Messwert jeweils nach 3 Sekunden abgelesen. An jedem Probekörper wurden drei verschiedene Messungen an verschiedenen Stellen (nicht im Randbereich) durchgeführt und jeweils der Mittelwert notiert.
In Tabelle 5 sind die erhaltenen Messwerte aufgeführt.
Tabelle 4: Shore-Härten
Figure imgf000027_0001
Die aufgeführten Beispiele belegen, dass der erfindungsgemäße Isodecylester der Furandicarbonsäure praktisch gleichwertig gegenüber DINP ist und gegenüber dem entsprechenden Phthalat DPHP und dem Terephthalat DOTP deutliche Verbesserungen bei der weichmachenden Wirkung aufweist. Beispiel 6: Herstellung von Folien aus den Piastisolen
Zur Erzeugung der Prüfkörper wurden zunächst für jede Rezeptur aus Tabelle 3 1 mm dicke Folien hergestellt. Hierzu wurde zunächst Hochglanztrennpapier (Fa. Sappi, Italien) auf eine Größe von 30 * 44 cm zugeschnitten und im Spannrahmen der Streicheinrichtung LTSV für den Mathis-Ofen eingelegt. Danach wurde der Spannrahmen auf den Führungsrahmen aufgelegt, der Mathis-Ofen (Typ LTF) auf 200 0C eingestellt und der Rahmen nach Erreichen dieser Temperatur 15
Sekunden vorgewärmt. Danach wurde die Rakel in die Einspannvorrichtung gelegt und der Rakelspalt über Vorversuche so eingestellt, dass die Foliendicke nach Abschluss der Gelierung 1 mm (+/- 0,05 mm) betrug. Auf den vorderen Rand des Papiers wurde ein Klebestreifen angebracht, um überschüssige Paste
aufzufangen. Danach wurde die Paste vor der Rakel aufgetragen und diese durch Ziehen des Führungsrahmens mit der Rakel über das eingespannte Trennpapier verstrichen (ca. 6 m/min Geschwindigkeit). Danach wurde die Rakel
herausgenommen und der Klebestreifen mit der überschüssigen Paste
abgenommen. Anschließend wurde die Schmelzwalze abgesenkt und der
Spannrahmen in den Ofen eingefahren. Nach der Gelierung (2 Minuten bei 200 0C) wurde der Rahmen wieder aus dem Ofen herausgefahren und nach Abkühlen die Folie von dem Papier abgezogen.
Beispiel 7: Messung der Flüchtigkeit aus der Folie
Aus den in Beispiel 6 hergestellten Folien mit einer Dicke von etwa 1 mm wurden jeweils zwei Rundscheiben mit einer Fläche von 50 crτι2 ausgestanzt. Die Proben wurden mindestens 24h im Exsikkator mit Trocknungsgel bei konstanter
Luftfeuchte gelagert.
Vor Beginn der Messreihe wurde eine Nullprobe vermessen. Die Ergebnisse der Nullprobe wurden verworfen, da diese Messung nur für die Warmlaufphase des Gerätes diente. Die konditionierten Proben wurden dann im Mettler
Halogentrockner HB43S auf einer Einwegaluschale mittig platziert und verwogen. Ein Standardaufheizprogramm im Halogentrockner wurde für die Messung verwendet. Hierzu wurden folgende Parameter eingestellt: Die Aufheizgeschwindigkeit wurde maximal mit einer linearen Rampe auf 200 0C eingestellt. Für die Versuchsdauer wurde eine Zeit von 10 Minuten festgelegt. Die Messwerte (Zeit, Temperatur und Gewichtsverlust wurden alle 0,5 min
automatisch mit Hilfe eines Datenkabels an eine Auswerte-Software (Microsoft Excel) übermittelt. Für jede Probe wurde mindestens eine Doppelbestimmung durchgeführt. Lagen die Endergebnisse um mehr als 10 % auseinander, wurde eine weitere Bestimmung durchgeführt. Die Mittelwerte der Gewichtsverluste wurden in ein Diagramm übernommen. Nach jeder Messung wurde dann so lange gewartet, bis das Gerät wieder unter 50 0C abgekühlt war. Danach wurde die nächste Messung gestartet.
In Tabelle 5 sind die Masseverluste nach einer Zeit von 10 min. bei 200 0C aufgeführt:
Tabelle 5:
Figure imgf000029_0001
Die Folien, die aus den erfindungsgemäßen Estern hergestellt wurden, zeigen die geringste Flüchtigkeit. Somit konnte gezeigt werden, dass die erfindungsgemäßen Ester ein dem DOTP überlegenes und dem DINP relativ ähnliches Verhalten aufweisen. Daher konnte die vorstehende Aufgabe gelöst werden, durch die Entwicklung eines auch in Plastisolen gegenüber DINP und DOTP wettbewerbsfähigen Weichmachers zusätzliches Einsatzpotenzial für Isodecanole, die reich an 2-Propylheptanol sind, zu generieren.

Claims

Patentansprüche
1. Gemische isomerer Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure der Formel I
Figure imgf000031_0001
2. Gemisch isomerer Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch der Ester einen Anteil an 2- Propylheptylresten in der C10-Seitenkette in einem Bereich von 50 bis zu maximal 99 Mol-% aufweist.
3. Gemisch isomerer Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure nach den
Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch der Ester weniger als 20 Mol-% C10-Seitenketten mit quartären C-Atome aufweist.
4. Verfahren zur Herstellung von Gemischen isomerer Decylester der Furan-2,5- dicarbonsäure der Formel I, dadurch gekennzeichnet, dass:
a) Furan-2,5-dicarbonsäure in Kontakt gebracht wird mit einem Gemisch isomerer C10-Alkohole unter Freisetzung von Wasser;
b) wobei ein bis zu 50 % molarer Überschuss des Gemisches isomerer CI O- Alkohole Verwendung findet;
c) die Umsetzung gemäß a) unter Verwendung eines Katalysators erfolgt, ausgewählt aus den Gruppen der BrΘnstedt- und/oder der Lewissäuren. 5. Verfahren zur Herstellung von Gemischen isomerer Decylester der Furan-2,5- dicarbonsäure der Formel I, dadurch gekennzeichnet, dass
a) Furan-2,5-dicarbonsäure in das entsprechende Furan-2,
5- dicarbonsäurechlorid überführt wird, welches b) nach Abtrennung und Reinigung anschließend in Kontakt gebracht wird mit einem Gemisch isomerer C10-Alkohole unter Freisetzung von Chlorwasserstoff.
5 6. Verfahren zur Herstellung von Gemischen isomerer Decylester der Furan-2,5- dicarbonsäure der Formel I, dadurch gekennzeichnet, dass
a) Furan-2,5-dicarbonsäuredimethylester in Kontakt gebracht wird mit einem Gemisch isomerer C10-Alkohole unter Freisetzung von Methanol;
b) wobei die Umsetzung gemäß a) unter Verwendung eines Katalysators lo erfolgt, ausgewählt aus den Gruppen der Branstedt- und/oder der
Lewissäuren.
7. Zusammensetzung, enthaltend Gemische isomerer Decylester der Furan-2,5- dicarbonsäure der Formel I sowie Weichmacher, ausgewählt aus der Gruppe i5 der Alkylbenzoate, der Dialkyladipiate, der Glycehnester, der
Citronensäurethalkylester, der acylierten Citronensäuretrialkylester, der Thalkyltrimellitate, der Glykoldibenzoate, der Dialkylterephthalate, der
Dialkylphthalate, den Dialkanoylestern des Isosorbid und/oder der Dialkylester der 1 ,2-, 1 ,3- oder 1 ^-Cyclohexandicarbonsäuren.
20
8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verhältnis der isomeren Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure der Formel I zu den Weichmachern in einem Bereich von 1 zu 15 bis 15 zu 1 liegt.
25 9. Zusammensetzung nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Polymer, ausgewählt aus Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral, Polymilchsäure, Polyhydroxybutyral und/oder Polyalkylmethacrylat, aufweist.
10. Zusammensetzung, enthaltend Gemische isomerer Decylester der Furan-2,5- 30 dicarbonsäure der Formel I und ein Polymer, ausgewählt aus Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral, Polymilchsäure, Polyhydroxybutyral und/oder
Polyalkylmethacrylat.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Polymer zu isomeren Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure der Formel I in einem Bereich von 30 zu 1 bis 1 zu 2,5 liegt.
5
12. Verwendung der isomeren Decylester der Furan-2,5-dicarbonsäure der
Formel I gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Weichmacher.
13. Verwendung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 bei lo der Herstellung von Farben, Tinten, Klebstoffen oder Klebstoffkomponenten,
Lacken, Plastisolen, Dichtungsmassen als Weichmacher, insbesondere in Kunststoffen oder Kunststoffkomponenten.
14. Verwendung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 als i5 Lösemittel bei der Herstellung von Farben, Tinten, Klebstoffen oder
Klebstoffkomponenten, Lacken, Plastisolen, Dichtungsmassen.
15. Verwendung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 als Schmierölkomponente.
20
16. Verwendung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 als Hilfsmittel bei der Metallverarbeitung.
PCT/EP2010/061123 2009-08-28 2010-07-30 Ester der 2,5-furandicarbonsäure mit isomeren decanolen und ihre verwendung WO2011023491A1 (de)

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