[0001] Gegenstand der Erfindung sind in Wasser lösbare Phosphorsäureester, die durch Umsetzung
von
1. a) mehrwertigen gesättigten oder ungesättigten'aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen oder araliphatischen, gegebenenfalls
Halogen-, Amino- oder Sulfogruppen enthaltenden Alkoholen mit 2 bis 26 C-Atomen und/oder
b) mehrwertigen Alkoholen, die durch Verätherung einer oder mehrerer der unter 1.
a) genannten Verbindungen miteinander oder durch Äthoxylierung und/oder Propoxylierung
einer oder mehrerer der unter 1. a) genannten Verbindungen entstehen, und/oder
c) 1,2- und 1,3-Epoxidformen der unter 1. a) genannten Alkohole und gegebenenfalls
2. gesättigten oder ungesättigten aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen
oder araliphatischen, eventuell Hydroxy-, Äther-, Halogen-, Amino-, Sulfo- oder Phosphonsäuregruppen
enthaltenden Carbonsäure mit 2 bis 26 C-Atomen, die mindestens zwei COOH-Gruppen enthalten;
sowie deren funktionellen Derivaten, z.B. Anhydriden, Säurehalogeniden oder Estern,
und
3. Phosphorsäure, ihren Anhydridformen, z.B. Phosphorpentoxid, Metaphosphorsäure,
Polyphosphorsäure mit einem Gehalt von 73 bis 100 % P2O5, Phosphoreäurehalogeniden oder Phosphorsäureoxyhalogeniden
hergestellt werden. Dabei beträgt das molare Verhältnis der Verbindungen 1: (O bis
1,5) : (0,05 bis 1,5), und die Summe der Molzahlen der Verbindungen der Gruppen 2
und 3 beträgt das 2/3- bis 3/2-fache, bevorzugt das 3/4- bis 4/3-fache der Molzahl
von Verbindungen der Gruppe 1.
[0002] Gegenstand der Erfindung sind außerdem die Herstellung der Phosphorsäureester und
ihre Verwendung als Dispergiermittel, Verflüssigungsmittel, Egalisiermittel, Emulgatoren,
Builder oder Sequestriermittel für Waschmittel.
[0003] Bevorzugte Verbindungen der Gruppe 1 a) bzw. 1 b) haben die Formel

worin B einen Alkylenrest mit 2 bis 10 C-Atomen bedeutet, der durch 1 bis 2 Hydroxylgruppen
substituiert sein kann und/oder durch

mit Z = gegebenenfalls durch OH substituiertes C
1-C
4-Alkyl und/oder

oder 1 mit Z' = SO
2, C
1-C
3-Alkylen oder für einen der isomeren Cyclohexylen-Reste oder einen Rest der Formel

steht.
[0004] Bevorzugte Verbindungen der Gruppe 2 sind Säuren der Formel

ihre Anhydride, Säurehalogenide oder Ester.
[0005] In Formel (II) steht A für
Alkylen mit 1 bis 10 C-Atomen oder Alkenylen mit 2 bis 10 C-Atomen, einen der isomeren
Phenylen- oder Cyclohexylen-Reste. Die Alkylenreste können durch eine Sulfonsäuregruppe
substituiert sein.
[0006] Als Verbindungen der Gruppe 1 seien beispielsweise genannt: Äthan-1,2-diol, Propan-1,2-diol,
Propan-1,3-diol, Butan-1,2- diol, Butan-1,3-diol, Butan-2,3-diol, Butan-1,4-diol.,
3-Chlor-propan-1,2-diol, die einzelnen isomeren Pentandiole, Hexandiol, z.B. Hexan-1,6-diol,
sowie die einzelnen isomeren Dioleder höheren Alkane. Weiterhin seien ungesättigte
Diole wie 2-Buten-1,4-diol, 2-Hydroxy-methyl-2-propen-1-ol und höherwertige Alkohole
wie Glycerin., Trishydroxymethylalkane wie Trishydroxymethylpropan, weiterhin Zuckeralkohole,
C
1-6-Alkyldiäthänolamine,C
1-6-Alkyldiisopropanol- anine, Triäthanolamin, Triisopropanolamin und Pentraaerythrit
genannt. Es seien auch aromatische und besonders araliphatische Alkohole genannt wie
die drei isomeren Bis-(2-hydroxyäthoxy)-benzole, und Bis-(2-hydroxypropoxy)-benzole,
weiterhin 4,4'-Bis-(2-hydroxyäthoxy)-diphenylsulfon, 4,4'-Bis-(2-hydroxypröpoxy)-diphenylsulfon,
die einzelnen isomeren Bis-(2-hydroxy-äthoxy)-naphthaline und Bis-(2-hydroxyprop-
oxy)-naphthaline, die Bis-(hydroxyäthoxy)-phenyl-alkane bzw. Bis-thydroxypropoxy-phenyl)-alkane.
Es seien auch cycloaliphatische Alkohole genannt wie z.B. Cyclohexan-1,2-diol, Cyclohexan-1,4-diol,
1,4-Bis-hydroxymethylcyclohexan: Polyglykole seien ebenfalls genannt; z.B. Diäthylenglykol,
Triäthylenglykol, Tetraäthylenglykol; Pentaäthylenglykol, Polyäthylenglykol, Di-propylenglykol,
Tri-, Tetra-, Penta- und Polypropylenglykol sowie Epoxide wie Äthylenoxid, Propylenoxid,
Butylenoxid, Epichlorhydrin.
[0007] Von diesen Verbindungen sind besonders bevorzugt: Äthan-1,2-diol, Propan-1,2-diol,
Butan-1,3-diol, Butan-1,4-diol, 3-Chlorpro-
pan-1,2-diol, Hexan-1,6-diol, Glycerin, Tris-hydroxymethylpropan, Diäthanolamin, Triäthanolamin,
Bis-(2-hydroxyäthoxy)-benzol, Bis-(2-hydroxyäthoxydiphenyl)-propan, Cyclohexandiol,
Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Tetraäthylenglykol, Äthylenoxid, Propylenoxid,
Epichlorhydrin.
[0008] Verbindungen der Gruppe 2 sind z.B.: Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure,
Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Methylenmalonsäure,
Äthylidenmalonsäure, Glutaconsäure, Itaconsäure, Mesaconsäure, Citraconsäure, Muconsäure,
Hexen-2 (oder -3)-disäure, Acetylendicarbonsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure,
Biphenyldicarbonsäure, Binaphthyldicarbonsäure, Naphthalindicarbonsäuren, Cyclohexandicarbonsäuren,
5-Norbornen-2,3-dicarbonsäure, Di-halogenbernsteinsäure, Sulfobernsteinsäure, Phosphonobernsteinsäure
sowie deren Säureanhydrid- und Säurehalogenidformen und Ester.
[0009] Davon seien besonders genannt: Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid,
Malönsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure,
Terephthalsäuredimethylester, Cyclohexan-1,4-dicarbonsäure, Sulfobernsteinsäure.
[0010] Verbindungen der Gruppe 3 sind z.B.: Phosphorsäure, in wäßriger Lösung, sirupös oder
kristallin, Polyphosphorsäure, Metaphosphorsäure, Phosphorpentoxid, POC1
3, P
2O
3Cl
4, PCl
5. Bevorzugt sind davon Phosphorsäure, kristallin, sirupös oder in wäßriger Lösung,
Polyphosphorsäure, P
2O
5 und POC1
3.
[0011] Die Verbindungen der Gruppe 2 können zu denjenigen der Gruppe 3 im Molverhältnis
(O bis 20) : 1 stehen, bevorzugt im Verhältnis (0,05 bis 10) : 1 und besonders bevorzugt
im Verhältnis (0,1 bis 4) : 1. Daraus resultiert ein bevorzugtes Verhältnis von Verbindungen
der Gruppen 1:2:3 von 1 : (0,04 bis 1,2) : (0,07 bis 1,3) und ein besonders bevorzugtes
Verhältnis von 1 : (0,07 bis 1,1) : (0,15 bis 1,25).
[0012] Die erfindungsgemäßen Phosphorsäureester stellen in Wasser lösbare Ester, insbesondere
Polyester der Formel (III) dar:

worin
R ein Wasserstoffion, ein Alkaliion oder ein Äquivalent eines Erdalkali-Ions oder
Ammonium der Formel

mit R2 = Wasserstoff, C1-C14-Alkyl, bevorzugt C1-C6-Alkyl, das durch Hydroxyl substituiert sein kann, Phenyl-C1-C6-Alkyl, das im Phenylring durch Methyl substituiert sein.kann,.und
R1 Wasserstoff oder C1-C6-Alkyl,bevorzugt Wasserstoff, bedeuten, A die in Formel (II) angegebene Bedeutung
hat,
B die in Formel (I) angegebene Bedeutung hat, und die Größen s, t, u, v und w die
Verhältnisse der Molzahlen angeben, mit folgenden Maßgaben:
1. s ist 2/3 (t+u) bis 3/2 (t+u), bevorzugt 3/4 (t+u). bis 4/3 (t+u),
2. v ist gleich öder größer als (2t + 3u)-(2s),
3. die Strukturelemente (2) sind nicht direkt mit (3) oder mit sich selbst verknüpft,
4. ein oder mehrere Strukturelemente (3) können pyrophosphatartig verknüpft sein,
bevorzugt sind Verbindungen ohne Pyrophosphatbindungen,
5. die Strukturelemente (3) können als Mono-, Di- oder Triester vorliegen, bevorzugt
sind Mono- und Diester,
6. zwei Strukturelemente (1) sind stets über ein Strukturelement (2) und/oder (3)
miteinander Verbunden,
7. die Reste R gehören zu einem Strukturelement (2) und/ oder (3),
8. die Reste O-R1 sind an ein Strukturelement(1) gebunden,
9. w liegt zwischen O und 2/3 s, bevorzugt zwischen 0 und 1/2 s.
[0013] Von den Phosphorsäureestern der Formeln (III)werden die der Formel

bevorzugt, worin
R die obengenannte Bedeutung hat,
R3 für -B-X steht, wobei B die obengenannte Bedeutung hat und
X für OH,

und
Y Wasserstoff,

bedeutet,
A die obengenannte Bedeutung hat und
R4 für R oder R3 steht.
[0014] Das molare Verhältnis ist bevorzugt das oben angegebene. Die Phosphorsäureester der
Formel (III) werden hergestellt durch beliebige Verknpüfung der Strukturelemente (1),
(2) und (3), die - jedes für sich - gleich oder verschieden sein können, wobei obige
Maßgaben gelten.
[0015] Bai einer bevorzugten Ausführungsform werden die Alkohole (I) und die Carbonsäuren
(II) mit Orthophosphorsäure umgesetzt. Die Orthophosphorsäure kann dabei kristallin,
sirupös oder in konzentrierter wäßriger Lösung, z.B. in 40 bis 100%iger Lösung,.eingesetzt
werden.
[0016] Beispielsweise kann nach bekannten Verfahren die Orthophosphorsäure zunächst mit
den Alkoholen (I) zu Verbindungen der Formel

worin
R und B obengenannte Bedeutung haben,
x 1 oder 2 ist und
R vorzugsweise H ist.
[0017] Die Verbindung (IV) wird dann mit 0 bis 1 Mol, vorzugsweise ohne weitere Phosphorsäure
und mit 0,05 bis 10 Mol Carbonsäure (II), vorzugsweise 0,1 bis -4 Mol und mit 0 bis
1
0Mol Alkohol (I), vorzugsweise mit 0 bis 4 Mol, umgesetzt, wobei die Molzahlen jeweils
pro Mol der Verbindung (IV) gerechnet werden. Dabei ist die Summe der Mol- tablen
des bei der Synthese von Verbindung (IV) eingesetzten Diols(I) und des bei der weiteren
Umsetzung eingasetzten Diols(I) das 2/3-bis 3/2-fache, bevorzugt das 3/4- bis 4/3-fache
der Summe der Molzahlen von eingesetzter Phosphorsäure (oder Derivat) und eingesetzter
Disarbonsäure(II). Die Reaktion geschieht bei 120 bis 260°C, vorzugsweise bei 150
bis 200°C, gegebenenfalls unter Vakuum, wobei das Reaktionswasser überdestilliert
und die Ester (III) entstehen. Es kann auch zunächst die Carbonsäure (II) mit den
Alkoholen (I) zu den Estern (V) umgesetzt werden,

wobei
A und B die obengenannte Bedeutung haben und
b 1 oder 2 ist.
[0018] Die Umsetzung geschieht nach an sich bekannten Verfahren unter saurer Katalyse von
beispielsweise Mineralsäuren wie H
3PO
4, HCl, H
2SO
4 oder von Verbindungen wie p-Toluolsulfonsäure, Lewis-Säuren, Leichtmetall- und Schwermetalloxiden
oder -salzen, wie z.B. Halogeniden. Dabei wird das Reaktionswasser abdestilliert.
[0019] Die Verbindungen (V) reagieren dann mit Orthophosphorsäure (eventuell in der Salzform)
und/oder Verbindungen (IV) und gegebenenfalls Alkoholen (I) im Molverhältnis 1 : (0,1
bis 20) : (O,1 bis 20) : (O bis 20), besonders im Molverhältnis 1 : (0;25 bis 10)
: (0,25 bis 10) : (O bis 10). Die Summe der Molzahlen des bei der Synthese von Verbindung
(V) eingesetzten Diols (I) und des bei der weiteren Umsetzung eingesetzten Diols (I)
ist das 2/3- bis 3/2-fache, bevorzugt das 3/4- bis 4/3-fache der Summe der Molzahlen
von eingesetzter Dicarbonsäure (II) und eingesetzter Phosphor- säure. Die Reaktion
geschieht bei Temperaturen von 120 bis 260°C, bevorzugt von 150 bis 200°C zu den Estern
(III), wobei, wenn nötig unter Vakuum, das Reaktionswasser.abdestilliert.
[0020] Bevorzugt ist eine Verfahrensweise, bei der man Verbindungen der Formel (V), in denen
b = 2 ist, mit 0,25 bis 10 Mol Orthophosphorsäure, gerechnet pro Mol (V), umsetzt.
[0021] Es ist ebenfalls möglich, Verbindungen (V) (
b = 1) mit Verbindungen (IV) (a = 1) im obengeannten Verhältnis umzusetzen. Weiterhin
ist es möglich, Verbindungen (V) (mit b = 1) sowie Orthophosphorsäure und Alkohol
(I) im obengenannten Molverhältnis zur Reaktion zu bringen.
[0022] Eine bevorzugte Verfahrensweise besteht ferner darin, Orthophosphorsäure, Alkohole
(I) und Carbonsäuren (II) im Molverhältnis (0,07 bis 1,3) : 1 : (0,04 bis 1,2), bevorzugt
-(
0,15 bis 1,25) : 1 : (0,07 bis 1,1) gleichzeitig zur Reaktion zu bringen, wobei die
Summe der Molzahlen.von Orthophosphorsäure und Dicarbonsäure (II) das 2/3- bis 3/2-fache,
bevorzugt das 3/4- bis 4/3-fache der Molzahl des Alkohols (I) ist. Dabei geschieht
zuerst eine Bildung der Monoester oder Diester vom Typ der Verbindungen (IV) und (V),
indem Temperatur und Druck so reguliert werden, daß die Verbindungen (I) und (II)
nicht sieden oder sich zersetzen, und wobei dann später auf vorzugsweise 150 bis 200°C
erwärmt wird und gegebenenfalls unter Vakuum die Veresterung vervollständigt wird.
[0023] Alle beschriebenen Veresterungsreaktionen werden sauer katalysiert, wobei im einfachsten
und bevorzugten Fall die an der Reaktion teilnehmende Orthophosphorsäure oder die
Verbindung (IV) als Katalysator dient. Es lassen sich auch andere Katalysatoren verwenden,
z.B. Mineralsäuren wie H
2S0
4, HC1, weiterhin organische Sulfonsäuren, z.B. Toluolsulfonsäure oder auch Lewis-Säuren
wie Schwermetall- und Leichtmetalloxide und -salze, z.B. -haloaenide.
[0024] Als Reaktionsmedium dienen bevorzugt die eingesetzten Verbindungen (I), (II), (IV)
oder (V) selber, oder es wird ein Lösungsmittel zugesetzt, das nicht an der Reaktion
teilnimmt, z.B. aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoff wie Petroläther,
Benzol, Toluol, Xylol.
[0025] Es kann auch ein Halogenkohlenwasserstoff verwendet werden, etwa Methylenchlorid,
Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Trichloräthylen, Perchloräthylen, Chlorbenzol,
Dichlorbenzol oder Chlortoluol. Auch polare, aprotische Lösungsmittel sind als Reaktionsmedium
brauchbar, etwa Dimethylformamid, Acetonitril, Äther oder Dioxan.
[0026] Die Entfernung des Reaktionswassers erfolgt entweder destillativ, gegebenenfalls
im Vakuum, oder durch azeotrope Destillation, wobei eines der obengenannten Medien
als Schlepper dienen kann, sofern es mit Wasser nicht mischbar ist. Bevorzugt sind
Xylol, Perchloräthylen und Dichlorbenzol.
[0027] Man kann in den oben beschriebenen Reaktionen zur Darstellung der Verbindungen (IV),
(V) und ihrer Weiterveresterung zu (III), sehr vorteilhaft anstelle der freien Orthophosphorsäure
oder der freien Carbonsäure (II) auch aktivierte Formen dieser Säuren einsetzen. Als
solche aktivierten Formen seien insbesondere die Säureanhydride genannt, z.B. alle
möglichen entwässerten Formen der Phosphorsäure, also wasserfreie Ortho-,
Pyro-, Poly-und Metaphosphorsäure und Phosphorpentoxid, sowie verschiedene Anhydridformen
der Carbonsäuren (II), beispielsweise intramolekulare oder intermolekulare Anhydride.
[0028] Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, daß man zunächst aus einer der genannten
entwässerten Formen der Phosphorsäure die Verbindungen (IV) synthetisiert und diese
Verbindung in einem weiteren Reaktionsschritt mit Alkoholen
(I) und Anhydriden obengenannter Art der Carbönsäuren
(II) unter Erhitzen und Vakuum zu den Polyestern (ITI) umsetzt. Die Reaktionsbedingungen
für die Umsetzung der Alkohole (I) mit den entwässerten Formen der Orthophosphorsäure
werden dabei so gehalten, daß sich aus den Reaktionskomponenten bei möglichst niederer
Temperatur eine homogene Mischung bildet, was auf die Bildung der Verbindungen vom
Typ (IV) hinweist. Da die Umsetzung mit Phosphorpentoxid zuweilen sehr energisch verläuft,
verwendet man hier vorteilhaft ein Verdünnungsmittel, z.B. Toluol, Kresol, Perchloräthylen,
Acetonitril oder Mono- bzw. Dichlorbenzol, in dem zunächst das Phosphor-. pentoxid
suspendiert wird. Zur Suspension läßt man dann den Alkohol (I) zutropfen oder zulaufen.
Vorteilhaft kann man auch zur Suspension die Carbonsäuren (II) oder ihre Anhydride,
eventuell portionsweise, zugeben und dann den Alkohol (I) zulaufen oder zutropfen
lassen. Ebenso kann man die Verbindungen (IV), die aus den entwässerten Formen der
Phosphorsäure oder aus normaler Orthophosphorsäure gebildet worden sind, anschließend
mit Anhydriden von Carbonsäuren (V) der genannten Art sowie gegebenenfalls weiteren
Alkohol (I) zur Reaktion bringen und zu Polyestern umsetzen. Dazu wird unter Vakuum
auf 120 bis 260°C, vorzugsweise 150 bis 200°C, erhitzt, wobei Reaktionswasser abdestilliert.
[0029] Eine bevorzugte Verfahrensweise besteht weiterhin darin, daß man aus den Anhydriden
der Carbonsäuren (II) und aus den Alkoholen (I), gegebenenfalls unter saurer Katalyse
mit einem der genannten Katalysatoren, die Verbindungen (V) synthetisiert, in denen
b vorzugsweise 2 ist, und diese Verbindungen (V) weiter mit H
3PO
4 oder der entwässerten Formen davon und gegebenenfalls mit weiterem Alkohol (I) zur
Reaktion bringt. Hier werden, gegebenenfalls nach Umsetzung der Alkohole (I) in die
Monoesterstufe, durch Anlegen von Vakuum und Erhitzen auf vorzugsweise 150 bis 200°C
die Polyester (III) gebildet.
[0030] Anstelle der Phosphorsäureanhydride oder der Anhydride der Carbonsäure (II) kann
man auch die entsprechenden Phosphorsäurehalogenide, z.B. POC1
3, P
2O
3Cl
4, PCl
5, oder die Carbonsäurehalogenide, besonders die Chloride, einsetzen.
[0031] Die Phosphorsäureester (IV) können auch aus Phosphorsäure oder einem ihrer primären
bzw. sekundären Salze, z.B. dem Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumsalz, und Alkylenoxiden,
z.B. Äthylenoxid, Propylenoxid, Epichlorhydrin, dargestellt werden. Solche Verfahren
sind literaturbekannt (Chem.Phar.-Bull. 5, 121-215; (1957)). Entsprechend ist es auch
möglich, die Verbindungen (V) aus den Carbonsäuren und den Alkylenoxiden herzustellen
(DT-PS 905 736).
[0032] Als Beispiele der Verbindungen (IV), die nach einem der oben beschriebenen Verfahren
dargestellt werden, seien insbesondere genannt die Phosphorsäuremono- und -bis-ester
von folgenden Alkoholen (II): Glykol, Propan-1,2-diol, Butan-1,4-diol, Butan-1,3-diol,
3-Chlorpropan-1,2-diol, Hexan-1,6-diol, Glycerin, Methyl-diäthanolamin, Äthyldiäthanolamin,
Triäthanolamin, 1,2-Bis-2-(hydroxyäthoxy)-benzol, 1,4-Bis-2-(hydroxyäthoxy)-benzol,
4,4'-Bis-(2-hydroxy-äthoxy)-diphenylsulfon, Bis-(2-hydroxyäthoxyphenyl)-äthan, Bis-(2-hydroxyäthoxyphenyl)-propan,
Cyclohexan-1,4-diol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Tetraäthylenglykol, Pentaäthylenglykol,
Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Tetrapropylenglykol und Pentapropylenglykol.
[0033] Mono- und Diester der Verbindungen (V), die besonders erwähnt werden sollen, werden
aus den obengenannten Alkoholen und folgenden Carbonsäuren (II) gebildet: Malonsäure,
Bernsteinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure,
Cyclohexandicarbonsäure, Sulfobernsteinsäure, Phosphonobernsteinsäure und Kork- und
Sebacinsäure.
[0034] Die Polyester (III) lassen sich weiterhin auf folgende Weise darstellen: Phosphorsäure
und/oder Carbonsäure (II) werden jeweils mit Epichlorhydrin oder seinen Derivaten
in die entsprechenden Chlorhydrinester (IV) und/oder (V) überführt. Diese reagieren
dann mit Basen oder Laugen weiter zu den Glycidestern und werden direkt mit weiterer
Carbonsäure (II) und/oder Phosphorsäure zu den Polyestern (III) umgesetzt.
[0035] Man kann auch die Chlorhydrinester (IV) und/oder (V) mit den Salzen, bevorzugt.Alkali-
oder Erdalkalisalze, der Carbonsäuren (II) und/oder der Phosphorsäure zu den Polyestern
(III) umsetzen.
[0036] Anstelle der Alkohole (I) können auch ihre Derivate der Formel

eingesetzt werden, worin
B obengenannte Bedeutung hat und
Y eine nucleophil substituierbare Gruppe, z.B. Halogen wie Cl, Br, J, Tosylat oder
Methansulfonat darstellt.
[0037] Die beiden Gruppen Y können gleich oder verschieden sein. Eine der Gruppen Y kann
auch eine Hydroxylgruppe sein.
[0038] Die Polyester (I) lassen sich ebenfalls durch Umesterung herstellen, wobei die Phosphorsäuren
und/oder die Carbonsäuren (II) als Ester von leichtflüchtigen Alkoholen, z.B. Methanol,
Äthanol, Isopropanol, Propanol oder Butanol eingesetzt werden. Diese Umesterungsreaktion
kann sauer oder alkalisch katalysiert werden. Unter den Estern, die eingesetzt werden
können, sei insbesondere Terephthalsäuredimethylester genannt.
[0039] Die auf die vorstehend beschriebenen Arten hergestellten Polyester (III) fallen nach
einer Reaktionsdauer von bis zu 48 Stunden, vorzugsweise bis zu 15 Stunden, als gelblich
bis braun gefärbte Produkte an, die in der Hitze rührbar oder zähviskos und in der
Kälte fest sind. Sie lassen sich rein isolieren; z.B. durch Ausgießen der heißen Masse
und Erkalten, oder es lassen sich Lösungen her- stellen, etwa in organ schen Lösungsmitteln
oder bevorzugt in Wasser-. Zur Auflösung in Wasser werden die Substänzen mit vorzugsweise
dem ein- bis fünffachen ihres Gewichtes an Wasser versetzt und in der Weise mit einer
Base oder Lauge, vorzugsweise mit Alkali- oder Erdalkalilauge neutralisiert, daß der
pH-Wert nicht über 8 steigt. Zum Lösen geht man am besten so vor, daß man den am Boden
des Reaktionsgefäßes befindlichen und erstarrten Polyester (I) mit der berechneten
Menge H
2O überschichtet, dieses Wasser ständig rührt und unter Erwärmen auf 20 bis 50°C durch
Zugabe kleiner Mengen konzentrierter Natronlauge auf einen pH-Wert von 5 bis 8 hält.
Dabei löst sich der Polyester (I) auf. Zum Schluß wird auf einen pH-Wert von vorzugsweise
5 bis 7 eingestellt, wobei 20 bis 50 %ige Lösungen erhalten werden. Die wäßrigen Lösungen
können zu trockenen Pulvern eingedampft werden.
[0040] Das Molekulargewicht der Verbindungen (III) liegt bei 300 bis 10 000, vorzugsweise
800 bis 10 000. Die Carbonsäuren (II) sind in der Regel mit zwei Mol der Alkohole
(I) verbunden, ebenso ist ein bestimmter Anteil der Orthophosphorsäure an zwei P-OH-Gruppierungen
mit den Alkoholen (I) zu Phosphorsäureestern verknüpft. Ein weiterer Anteil der Phosphorsäure
liegt in der Monoesterstruktur vor und nur ein geringer Anteil eventuell als Phosphorsäuretriester.
Demzufolge sieht man im IR-Spektrum die den Carbonestern entsprechenden Absorptionsbanden
bei 1730 bis 1800 nm sowie die den P-O-C-Bindungen der Phosphorsäureester entsprechenden
Banden bei 1020 bis 1120 nm. Ein bestimmter kleiner Anteil der Phosphorsäure kann
auch über eine P-O-P-Bindung pyrophosphatartig oder polyphosphatartig gebunden sein.
[0041] Die Polykondensate können aus den sich abwechselnden Strukturelementen (1) und (3)
bestehen, es können auch Strukturelemente (2) mit einkondensiert sein. Die Verbindungen
der Formel (II) bzw. (V) erfüllen somit zwei Funktionen:.
[0042] Zum einen tragen sie dadurch, daß sie einkondensiert.werden, zur Wirkung der Verbindungen
(III) bei, und zum anderen wirken sie katalysierend auf die Veresterung der Phosphorsäuregruppen
-P-OH (falls diese in der Reaktion eingesetzt werden oder im Reaktionsverlauf entstehen)
mit den Diolen der Formel (I). Diese Katalyse besteht in einer Umesterung, denn aus
dem Carbonsäureester bildet sich der Phosphorsäureester. Man beobachtet so im Reaktionsverlauf
mit zunehmender Reaktion ein Entweichen der Dicarbonsäure aus der Reaktionsmischung,
z.B. das Absublimieren von Maleinsäureanhydrid oder Phthalsäureanhydrid.
[0043] Die Wasserlöslichkeit der Verbindungen resultiert daher, daß man den Phosphorsäuremolekülen
in der Regel eine oder eventuell zwei P-OH-Gruppierungen frei vorliegen, die entweder
direkt oder nach Deprotonierung mit Basen oder Laugen die Verbindungen in Wasser löslich
machen.
[0044] Bei den oben beschriebenen Veresterungsreaktionen können sich auch einige Nebenreaktionen
abspielen, z.B. Verätherung oder Eliminierungen an den Alkoholen (I). Bei sachgemäßer
Reaktionsdurchführung nehmen diese Reaktionen nicht überhand und verhindern nicht
die Synthese der Polyester (III).
[0045] Die bei der Veresterung mit der Phosphorsäure häufig auftretenden Verfärbungen nach
braun bis schwarz lassen sich durch Zusatz von Reduktionsmitteln, vorzugsweise von
niederwertigen Phosphorderivaten, z.B. von H
3PO
3 oder ihren Salzen, weitgehend verhindern.
[0046] Die Verbindungen (III) sind in Form der Neutralsalze hydrolysebeständig und über
mehrere Monate in wäßrigen Lösungen haltbar; nach zehnstündigem Kochen in Wasser bei
pH 7 verlieren sie nicht merklich an Wirksamkeit. Die Esterbindungen werden jedoch
bakteriell angegriffen, so daß die Verbindungen (III) biologisch abbaubar sind.
[0047] Die Verbindungen (III). finden Anwendung als Dispergiermittel für organische und
anorganische Substanzen in vorzugsweise wäßrigem Medium. Bevorzugt ist die Verwendung
als Dispergiermittel für Farbstoffe und Pigmente.
[0048] Sie können zur Herstellung von Farbstofformierungen dienen, oder zur Dispergierung
von Farbstoffen im Färbebad verwendet werden.
[0049] Sie sind auch verwendbar als Emulgatoren für organische Substanzen in Wasser sowie
als Egalisiermittel in der Färberei, z.B. beim Färben von Polyesterfasern.
[0050] Die Verbindungen (III) können weiterhin verwendet werden zur "Verflüssigung" konzentrierter
Gemische aus oxganischen oder anorganischen Feststoffen und Wasser. Die "Verflüssigung"
dieser Gemische besteht in einer Herabsetzung der Viskosität bis zur leichten Rührbarkeit
und Gießbarkeit. Als Feststoffe seien beispielsweise genannt organische Farbstoffe,
anorganische Pigmente, z.B. Metalloxide, Zement, Beton und Schlamm.
[0051] Außerdem können sie als Builder anstelle von Polyphosphaten in Waschmitteln eingesetzt
werden.
Beispiel 1
[0052] 47 g Phosphorpentoxid und 33 g H
3P0
4 werden im Reaktionskolben unter kurzem Erhit.zen vermischt, abgekühlt und mit 124g
Glykol sowie 1 g kristallisiertem Natriumhypophosphit versetzt. Es wird langsam unter
Rühren bis 180°C erhitzt und innerhalb von 3 Stunden ca. 35 g einer wäßrigen Flüssigkeit
abdestilliert. Nach erneutem Abkühlen werden 98 g Maleinsäureanhydrid zugesetzt und
bei Temperaturen von 190 bis 2oo°C in 6 STunden unter langsam stärker werdendem Vakuum
weitere 10 g Flüssigkeit abdestilliert. Die heiße Schmelze wird erkalten gelassen
und mit 1 1 Wasser überschichtet. Die wäßrige Schicht wird gerührt und tropfenweise
mit 50 %iger Natronlauge versetzt, so daß der pH-Wert bei 5-8 bleibt. Zum Schluß wird
auf pH 5-6 eingestellt. Man erhält eine ca. 20 %ige Lösung.
Beispiel 2
[0053] 71 g Phosphorpentoxid und 98 g Maleinsäureanhydrid werden zusammen mit 3 g Phosphoriger
Säure in ca. 200 g Perchloräthylen gelöst bzw. suspendiert, dann tropft man bei 80°C
langsam 124 g Glykol zu. Es wird einige Stunden bei Rückfluß nachgerührt, dann destilliert
man ab. Der im Kolben verbliebene Rückstand wird mit H
20 und konzentrierter Natronlauge 40 %ig mit pH 5 bis 6 gelöst.
Beispiel 3
[0054] 30 g Polyphosphorsäure (82 % P
2O
5) und 100 g Maleinsäure- bis-(hydroxyäthylester) werden unter Rühren 5 bis 6 Stunden
auf 160°C erhitzt und unter Vakuum wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. Anschließend
wird mit H
20 und konzentrierter Natronlauge bis pH 5 bis 6 20
%ig gelöst.
Beispiel 4
[0055] 100 g Maleinsäure-bis-(hydroxyäthylester) und 57 g H
3PO
4, 85 %ig in H
20, sowie 3 g Phosphorige Säure werden in einem Reaktionskolben über einen Zeitraum
von 12 Stunden auf 185 bis 195°C erhitzt. Dabei destillieren ca. 30 g wäßrige Flüssigkeit
ab. Gegen Ende der Reaktion wird zunehmend stärkeres Vakuum angelegt, mit H
2O und konzentrierter Natronlauge stellt man eine 28 %ige Lösung von pH 5 bis 6 her.
Beispiel 5
[0056] 47 g Glycerin, 41 g Polyphosphorsäure (82 % P
20
5) und 1 g Phosphorige Säure werden 30 Minuten lang bei 120°C gerührt, dann wird abgekühlt
und 74 g Phthalsäureanhydrid zugegeben und wieder auf 150°C unter langsam stärker
werdendem Vakuum orhitzt, wobei wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. Nach ca. 14 Stunden
bei 150°C wird in der Kälte mit H
20 und konzentrierter Natronlauge zu einer 35 %igen Lösung von pH 5 bis 6 gelöst.
Beispiel 6
[0057] 31 g Glykol, 44 g Phthalsäureanhydrid und 10 g Maleinsäureanhydrid werden bei 200
Torr auf 120 bis 130°C unter Rühren erhitzt, wobei H
2O abdestilliert. Nach 1,5 Stunden werden 17 g H
3PO
4 zugegeben und innerhalb von 10 Stunden wird bei stärker werdendem Vakuum nach und
nach unter weiterer Destillation bis auf 180 bis 190°C erhitzt. Durch Zugabe von H
2O und konzentrierter Natronlauge wird eine 40 %ige Lösung von pH 5 bis 6 hergestellt.
Beispiel 7
[0058] 15,5 g Glykol, 23,4 g Glycerin, 74 g Phthalsäureanhydrid und 29 g H
3PO
4, 85 %ig, werden unter Rühren bei zunächst schwachem, später stärkerem Vakuum innerhalb
von 8 Stunden langsam auf 180 bis 190°C erhitzt, wobei wäßrige Flüssigkeit abdestilliert.
Mit H
20 und konzentrierter Natronlauge wird eine wäßrige Lösung hergestellt.
Beispiel 8
[0059] 49 g Maleinsäureanhydrid und 76 g Propan-1,3-diol werden unter Rühren auf 90°C 30
Minuten lang erhitzt. Dann gibt man 58 g 85 %ige H
3PO
4 und 2 g Phosphorige Säure zu. Es wird ein Vakuum von 200 Torr angelegt und unter
Abdestillation einer wäßrigen Flüssigkeit im Intervall von 10 bis 20°C pro Stunde
auf 180°C erhitzt, bei 180 bis 1.90°C noch einige Zeit weiter gerührt und langsam
das Vakuum verstärkt und dann nach dem Abkühlen mit H
20 und konzentrierter Natronlauge eine 25 %ige Lösung von pH 5 bis 6 hergestellt.
Beispiel 9
[0060] 49 g Maleinsäureanhydrid und 90 g Butan-1,3-diol werden bei 90°C einige Zeit gerührt,
dann werden 58 g 85 %ige
H3P04 und 2 g Phosphorige Säure zugegeben. Es wird mit 10 bis 20°C pro Stunde auf 170 bis
190°C unter Vakuum und Abdestillation von wäßriger Flüssigkeit erhitzt und noch einige
Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Dann wird mit H
2O und konzentrierter Natronlauge eine 20 %ige Lösung von pH 6 bis 7 hergestellt.
Baispiel 10
[0061] 43 g Maleinsäureanhydrid und 76 g Propan-1,2-diol werden bei 90°C unter Rühren einige
Minuten erhitzt, dann werden 58 g 85 %ige H
3PO
4 und 2 g Phosphorige Säure zugegeben. Unter zunächst schwachem, später stärkerem Vakuum
wird im Intervall von 10 bis 20°C pro Stunde auf 170 bis 190°C erhitzt, wobei wäßrige
Flüssigkeit abdestilliert. Es wird einige Stunden bei 170 bis 180°C weiter gerührt
und dann nach dem Abkühlen mit H
2O und konzentrierter Natronlauge zu einer 20 %igen Lösung von pH 5 bis 6 gelöst.
Beispiel 11
[0062] 49 g Maleinsäureanhydrid und 118 g Hexan-1,6-diol werden bei 90°C einige Minuten
gerührt, dann werden 58 g 85 %ige H
3PO
4 und 2 g Phosphorige Säure sugegeben. Unter zunächst schwächerem, später stärkerem
Vakuum wird im Intervall von 10 bis 20°C pro Stunde auf 170 bis 190°C erhitzt, wobei
wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. Es wird einige Stunden bei 170 bis 180°C weitergerührt
und weiterdestilliert und dann-nach dem Abkühlen mit H
2O und konzentrierter Natronlauge zu einer 25 %igen Lösung von pH 5 bis 6 gelöst.
Beispiel 12
[0063] 49 g Maleinsäureanhydrid und 106 g Diäthylenglykol werden . bei 90°C einige Minuten
gerührt, dann werden 58 g 85 %ige H
3PO
4 und 2 g Phosphorige Säure zugegeben. Unter zunächst schwachem, später stärkerem Vakuum
wird im Intervall von 10 bis 20°C pro STunde auf 170 bis 190°C erhitzt, wobei wäßrige
Flüssigkeit abdestilliert. Es wird einige Stunden bei 170 bis 180°C weitergerührt
und weiterdestilliert und dann nach dem Abkühlen mit H
20 und konzentrierter Natronlauge eine 25 %ige Lösung von pH 5 bis 6 hergestellt.
Beispiel 13
[0064] 49 g Maleinsäureanhydrid und 149 g Triäthanolamin werden bei 90°C einige Minuten
gerührt, dann werden 58 g 85 %ige Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure zugegeben.
Unter zunächst schwachem, später stärkerem Vakuum wird im Intervall von 10 bis 20°C
pro Stunde auf 170 bis 190°C geheizt, wobei wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. Es
wird einige Stunden, bei 170 bis 180°C weitergerührt und weiterdestilliert und dann,
nach dem Abkühlen,mit H
20 und konzentrierter Natronlauge eine 25 %ige Lösung von pH 6 bis 7 hergestellt.
Beispiel 14
[0065] 49 g Maleinsäureanhydrid und 150 g Triäthylenglykol werden bei 90°C einige Minuten
gerührt, dann werden 58 g 85 %ige Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure zugegeben.
Bei zunächst schwachem, später stärkerem Vakuum wird langsam auf 170 bis 190°C geheizt,
einige Stunden so gehalten und wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. Nach dem Abkühlen
wird mit H
2O und konzentrierter Natronlauge eine 25 %ige Lösung von pH 5 bis 6 hergestellt.
Beispiel 15
[0066] 49 g Maleinsäureanhydrid und 194 g Tetraäthylenglykol werden bei 90°C einige Minuten
gerührt, dann werden 58 g 85 %ige Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure zugegeben.
Unter zunächst schwachem, später stärkerem Vakuum wird langsam auf 170 bis 190°C geheizt,
einige Stunden so gehalten und wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. Nach dem Abkühlen
wird mit H
29 und konzentrierter NaOH eine 25 %ige Lösung vom pH 5 bis 6 hergestellt.
Beispiel 16
[0067] 49 g Maleinsäureanhydrid und 116 g Cyclonexan-1,4-diol werden bei 90°C einige Minuten
gerührt, dann werden 58 g 85 %ige Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure zugegeben.
Unter zunächst schwächerem, später stärkerem Vakuum wird langsam auf 170 bis 190°C
geheizt, einige Stun- . den so gehalten und wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. nach
dem Abkühlen wird mit H
20 und konzentrierter Natronlauge eine 25 %ige Lösung vom pH 5 bis 6 hergestellt.
Beispiel 17
[0068] 49 g Maleinsäureanhydrid und 62 g Glykol werden bei 900C einige Minuten gerührt,
dann werden 58 g 85 %ige Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure zugegeben. Unter
zunächst schwächerem, s-äter stärkerem Vakuum wird langsam auf 170 bis 190°C erhitzt,
einige Stunden so gehalten und wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. Mit H
20 und konzentrierter Natronlauge wird eine 50 %ige Lösung vom pH 7 hergestellt, dazu
werden 128 g 40 %ige NaHSO
3-Lösung gegeben und es wird 5 Stunden zum Rückfluß erhitzt. Die. entstandende Lösung
ist etwa 43 %ig.
Beispiel 18
[0069] 66 g Glutarsäure und 62 g Glykol werden bei 90°C einige
Mi-nuten gerührt, dazu werden.58 g 85 %ige Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure
zugegeben. Unter zunächst schwächerem, später stärkerem Vakuum wird langsam auf 180
bis 190°C erhitzt, einige Stunden so gehalten und wäßrige Flüssigkeit abdestilliert.
Mit H
20 und konzentrierter Natronlauge wird eine 25 %ige Lösung hergestellt.
Beispiel 19
[0070] 73 g Adipinsäure und 62 g Glykol werden bei 90°C einige Minuten gerührt, dann werden
58 g 85 %ige Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure zugegeben. Unter zunächst schwachem,
später stärkerem Vakuum wird langsam auf 180 bis 190°C erhitzt und einige Stunden
so gehalten, wobei wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. Nach dem Abkühlen wird mit H
20 und konzentrierter Natronlauge eine 20 %ige Lösung vom pH 6 bis 7 hergestellt.
Beispiel 20
[0071] 52 g Malonsäure und 62 g Glykol werden bei 90°C einige Minuten gerührt, dann werden
58 g 85 %ige Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure zugegeben. Unter zunächst schwachem,
später stärkerem Vakuum wird auf 180 bis 190°C erhitzt, wobei wäßrige Flüssigkeit
abdestilliert und einige Stunden so gehalten. Mit H
20 und konzentrierter Natronlauge wird eine 20 %ige Lösung vom pH 6 bis 7 hergestellt.
Beispiel 21
[0072] 50 g Bernsteinsäureanhydrid und 62 g Glykol werden bei 90°C einige Minuten gerührt,
dann werden 58 g 85 %iger Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure zugegeben. Unter
zunächst schwachem, später stärkerem Vakuum wird auf 180 bis 190°C erhitzt, wobei
wäßrige Flüssigkeit abdestilliert und einige Stunden so gehalten wird. Mit H
20 und konzentrierter Natronlauge wird eine 20 %ige Lösung vom pH 6 bis 7 hergestellt.
Beispiel 22
[0073] 100 g Cyclohexandicarbonsäure und 62 g Glykol werden bei 90°C einige Minuten gerührt,
dann werden 58 g 85 %ige Phosphorsäure und 2 g Phosphorige Säure zugegeben. Unter
zunächst schwachem, später stärkerem Vakuum wird auf 180 bis 190°C erhitzt und einige
Stunden so gehalten, wobei wäßrige Flüssigkeit abdestilliert. Mit H
20 und konzentrierter Natronlauge wird eine 20 %ige Lösung vom pH 6 bis 7 hergestellt.
Beispiel 23
[0074] 38 g Polyphosphorsäure (82 % P
2O
5), 1 g Triäthanolamin und 2 g Phosphorige Säure werden zusammengegeben und 30 Minuten
auf 80°C erhitzt. Innerhalb von 30 Minuten werden 29 g Propylenoxid zugetropft und
6 Stunden bei 100°C nachgerührt. Mit H
2O und konzentrierter Natronlauge wird eine 20 %ige Lösung vom pH 5 bis 6 hergestellt.
Beispiel 24
[0075] 116 g 85 %ige Phosphorsäure, 60 g Glykol und 5 g Maleinsäureanhydrid sowie 2 g Phosphorige
Säure werden unter Rühren auf 120-130
0C erhitzt, wobei H
20 abdestilliert, anschließend wird auf 180-190°C weiter erhitzt und zunächst schwaches,
später stärkeres Vakuum angelegt. Es destilliert wäßrige Flüssigkeit ab. Mit H
20 und konzentrierter Natronlauge wird eine 30 %ige Lösung vom pH 6-7 hergestellt.
Beispiel 25
[0076] 116 g 85 %ige Phosphorsäure, 60 g Glykol und 7,3 g Adipinsäure sowie 2 g Phosphorige
Säure werden in einem Kolben unter Rühren auf 120-130
0C erhitzt, wobei H
20 abdestilliert, anschließend auf 180-190°C gebracht und zunächst schwaches, später
stärkeres Vakuum angelegt. Es destilliert wäßrige Flüssigkeit ab. Mit H
20 und konzentrierter Natronlauge wird eine 30 %ige Lösung vom pH 6 bis 7 hergestellt.
Beispiel 26
[0077] 0,8 g Disperse Red 106 werden mit 400 ml H
20 von 50°C, das 1 g/1 der in den Beispielen 1 bis 25 hergestellten Substanzen enthält,
unter Rühren übergossen und 10 Minuten lang zum Kochen gebracht. Danach wird durch
ein Rundfilter unter Vakuum filtriert. Das Papierfilter bleibt klar und zeigt keine
Farbstoffagglomerisation.
Beispiel 27
[0078] 10 g Zinkoxid werden mit 10 g einer 1,5 %igen Löaung einer der Substanzen aus den
Beispielen 1 bis 25 nach und nach versetzt. Dabei wird ständig gut umgerührt. Es entsteht
eine milchig dünnflüssige Mischung. Beim Verdünnen mit H
2O zeigt sich, daß eine stabile Dispersion entstanden ist. Werden 10 g Zinkoxid mit
10 g H
20 entsprechend vermischt, so entsteht eine unrührbare klumpige Masse, die beim Verdünnen
mit H
20 keine stabile Dispersion bildet.
Beispiel 28
[0079] 10 g Bentonit werden mit 30 ml einer 2 %igen Lösung einer der in den Beispielen 1
bis 25 beschriebenen Substanzen nach und nach verrührt. Es entsteht eine dünnbreiige,
gut rührbare Mischung, gibt man noch 10 ml H
20 dazu und verrührt, ist die Mischung dünnflüssig und gießbar geworden.
[0080] Mischt man 10 g Bentonit mit 30 g H
20, so entsteht-eine unrührbare, klumpige Masse, die nach Zugabe und Verrühren von
weiteren 10 ml H
20 dickbreiig und zäh wird.