DE2262735A1 - CHROME-CONTAINING MASS - Google Patents
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Description
Patentanwalt»
Dr. Ing. Walter Abite
Dr. Diäter F. MorfPatent attorney »
Dr. Ing.Walter Abite
Dr. Dietician F. Morf
^'••H?nS"A"BraUnS - 21. Dezember 1972^ '•• H ? NS " A " BROWNS - December 21, 1972
München 86, Pierainaueratr.28 gO^BMunich 86, Pierainaueratr. 28 gO ^ B
E. I. du Pont de Nemours and Company 10th and Market Streets, Wilmington, Del. I9898, V.St.A.E. I. du Pont de Nemours and Company 10th and Market Streets, Wilmington, Del. I9898, V.St.A.
Chromhaltige MassenChromium-containing compounds
Das vorliegende Patent ist ein Zusatzpatent zu P 21 16 (Patentanmeldung P 21 16 299.2-42), dessen Gegenstand eine chromhaltige Masse ist, die gekennzeichnet ist durch einen oder mehrere wasserlösliche Koordinationskomplexe aus (a) Chrom(III), das sich aus einem wasserlöslichen Salz davon mit einem nicht koordinierten Anion ableitet, wobei das Salz in Wasser 'CriHgO)^"1" ergibt, mit (b) einer trans-Säure der EormelThe present patent is an additional patent to P 21 16 (patent application P 21 16 299.2-42), the subject of which is a chromium-containing mass, which is characterized by one or more water-soluble coordination complexes of (a) chromium (III), which consists of a water-soluble Salt derived therefrom with a non-coordinated anion, the salt in water giving 'CriHgO) ^ " 1 ", with (b) a trans-acid of the formula
E. COOHE. COOH
σ=σν σ = σ ν
HOCC R2 HOCC R 2
worin R^ und R^, die gleich oder verschieden sind, Wasserstoff,where R ^ and R ^, which are the same or different, are hydrogen,
' - 1 309827/1143 '- 1 309827/1143
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Alkylreste, -CHpCOOH oder Phenylreste bedeuten, mit der Massgab e , dass die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in der transSäure eine ganze Zahl im Bereich von 4 bis einschliesslich 10 ist, ein Verfahren zur Herstellung dieser Masse, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man in wässriger Lösung bei etwa 70 - 100° C die trans-Säure und ein Chrom(III)-SaIz, das das Hexaaquochromion ergibt, bei einem pH-Wert von etwa 0,2 bis 1 oder über 1 bis 2,4 erhitzt, sowie eine Anwendung dieser Masse zur Erhöhung der Haftfestigkeit eines Substrats aus Metall, Metalloxid oder Glas an Kunststoff durch Inberührungbringen der Masse mit dem Substrat.Alkyl radicals, -CHpCOOH or phenyl radicals mean, with the proviso that the total number of carbon atoms in the trans-acid is an integer ranging from 4 to 10 inclusive, a method of making this mass that characterized in that the trans-acid and a chromium (III) salt, that gives the hexaquochromion, heated at a pH of about 0.2 to 1 or above 1 to 2.4, as well as a Use of this compound to increase the adhesive strength of a substrate made of metal, metal oxide or glass on plastic by bringing the mass into contact with the substrate.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine gegenüber der chromhaltige Masse des Hauptpatents verbesserte chromhaltige Masse, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die genannte Masse eine Kationen und Anionen aufweisende Verbindung enthält, in der der genannte Chroin(III,)-Koordinationskomplex das Kation darstellt und das Anion nicht koordiniert und einwertig ist, und das ungefähre Verhältnis von Chrom(III) zu Säure (jede in dem Kationenkomplex) zu nicht-koordiniertem Anion 2/1/4 beträgt.The present invention now relates to a chromium-containing composition which is improved over the chromium-containing composition of the main patent A compound, which is characterized in that said compound is a compound having cations and anions contains, in the said chroin (III,) - coordination complex represents the cation and the anion is uncoordinated and monovalent, and the approximate ratio of chromium (III) to acid (each in the cation complex) to non-coordinated Anion is 2/1/4.
Koordinationskomplexe von Chrom(III) mit bestimmten dibasischen Säuren, wie Oxalsäure, Malonsäure und Weinsäure, sind aus Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, Chrom, Teil B Verlag Chemie GMBH, 1962, Seiten 408 bis 424 bekannt. Aus dieser Literaturstelle ergibt sich, dass die Chemie dieser Komplexe kompliziert ist. Soweit bekannt, wurden bisher keine Koordinationskomplexe von Chrom(III) mit Fumarsäure hergestellt oder darüber in der Literatur berichtet.Coordination complexes of chromium (III) with certain dibasic Acids, such as oxalic acid, malonic acid and tartaric acid, are from Gmelin's Handbook of Inorganic Chemistry, Chromium, Part B Verlag Chemie GMBH, 1962, pages 408 to 424 known. From this reference it can be seen that the chemistry of this Complex is complicated. As far as is known, no coordination complexes of chromium (III) with fumaric acid have been found so far produced or reported about it in the literature.
Verschiedene organische Polymeren, wie die Polyolefine, sind als Montageklebstoffe, z. B. zur Vereinigung von Metallteilen oder zur Herstellung dauerhafter Schutz- oder Dekorationsüberzüge auf Metall- oder Metalloxidsubstraten nichtVarious organic polymers, such as the polyolefins, are used as assembly adhesives, e.g. B. for the union of metal parts or for the production of permanent protective or decorative coatings on metal or metal oxide substrates
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gut geeignet, weil die erhaltene Haftung nicht beständig ist, insbesondere in Gegenwart von Feuchtigkeit unter beanspruchenden Bedingungen. Obgleich sie also den Vorteil geringer Kosten und die latenten Vorteile von Festigkeit, Zähigkeit und chemischer .Inertheit liefern, ist von den Olefinpolymeren, z. B. den Polyäthylenen und Polypropylenen,· bekannt, dass sie -an Metallen sehr schlecht haften. Es wurde festgestellt, dass verschiedene andere Polymere begrenzte Verwendung als Strukturklebstoffe oder als Überzüge für Substrate aufweisen, weil die mit dem Substrat gebildeten Haftbindungen nicht so gut sind, wie es für viele Zwecke erwünscht ist.well suited because the adhesion obtained is not permanent, especially in the presence of moisture under stressful Conditions. So although they have the advantage of low cost and the latent advantages of strength, toughness and chemical .Inertheit is of the olefin polymers, e.g. B. the polyethylenes and polypropylenes, · known that they - Adhere very poorly to metals. It was found that various other polymers have limited use as structural adhesives or as coatings for substrates because the adhesive bonds formed with the substrate are not so good are as desired for many purposes.
Es ist bekannt, Carboxylgruppen in Polymere durch Aufpfropfen, Copolymerisation und dgl. einzuführen, um deren Haftungsgeschwindigkeit zu verbessern, jedoch wird durch diesen Versuch gewöhnlich die physikalische Festigkeit verschlechtert und häufig die Haltbarkeit der Haftverbindung mit so liesentlichen reaktiven Metallen, wie Stahl, Eisen, Kupfer und dgl., verschlechtert. Es wurden verschiedene Vege eingeschlagen, um die Haftung von Polyäthylen an Metallen zu verbessern, So werden gemäss der US-PS 2 838 437 in das Polyäthylen bestimmte' ungesättigte organische Säuren eingearbeitet oder die Polyäthylenoberfläche oder die Oberfläche, die. daran haften soll, mit einer derartigen Säure behandelt. Gemäss der US-PS 3 038 847 werden Grundierungsüberzüge aus verschiedenen Aminoalkylsiliciumverbindungen auf Metalloberflächen aufgebracht, bevor Überzüge organischer Polymerer darauf aufgebracht wer- ■" den. Die US-PS 3 466 207 beschreibt die. Vorbehandlung von Metallsubstraten mit einer wässrigen Lösung einer aliphatischen Carbonsäure, vorzugsweise nach einer Behandlung mit einer wässrigen anorganischen Säurelösung, die sechswertiges Chrom enthält, bevor ein Olefinpolymeres auf das Metallsubstrat aufgebracht wird. Jedoch sind die sich daraus erge- ; ; benden Verbesserungen gewöhnlich Verbesserungen hinsichtlich der Geschwindigkeit der Entwicklung der Haftfähigkeit (wasIt is known to carboxyl groups in polymers by grafting, To introduce copolymerization and the like to improve their adhesion speed, however, this attempt usually the physical strength deteriorates and often the durability of the adhesive bond with such loose ones reactive metals such as steel, iron, copper and the like., Worsened. Various veges have been taken to order to improve the adhesion of polyethylene to metals, For example, according to US Pat. No. 2,838,437, certain ' unsaturated organic acids incorporated or the polyethylene surface or the surface that. should adhere to it, treated with such an acid. According to US Pat. No. 3,038,847, primer coatings are made from various aminoalkyl silicon compounds applied to metal surfaces before organic polymer coatings are applied to them. the. U.S. Patent 3,466,207 describes U.S. Patent No. 3,466,207. Pretreatment of metal substrates with an aqueous solution of an aliphatic Carboxylic acid, preferably after treatment with an aqueous inorganic acid solution, the hexavalent Chromium contains prior to an olefin polymer on the metal substrate is applied. However, they are the result of this; ; Improvements usually involve improvements in the rate of adhesion development (which
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im allgemeinen durch Steigerungen der Ablösungs- und Uberlappungsscherfestigkeiten mit Bezug auf frisch hergestellte Versuchsproben angezeigt wird,), ohne irgendeine merkliche Verbesserung hinsichtlich der Haltbarkeit der Haftung unter Zug in Gegenwart von Feuchtigkeit. In einigen Fällen führen die Vorschläge zur Verbesserung der Ablösungsfestigkeit tatsächlich zu einer Verschlechterung der Haltbarkeit der Haftung unter Zug in Gegenwart von Feuchtigkeit. Da ein Montageklebstoff die Fähigkeit besitzen muss, einen praktisch fortgesetzten Zug in vorhersagbarer und abhängigiger Weise in unserer feuchten Umgebung auszuhalten, stellt eine blosse Beschleunigung der Haftung, obgleich nützlich, häufig nur einen begrenzten praktischen Wert dar, wenn nicht das Problem der schlechten Dauerhaftigkeit bzw. Beständigkeit der Haftung gleichfalls gelöst ist oder gelöst werden kann. In ähnlicher Weise sind polymere Schutz- oder Dekorationsüberzüge auf korrodierbaren Metallen, wie Eisen oder Stahl, von begrenztem praktischen Wert, wenn die physikalischen Kräfte bei der Rostzunahme den Überzug von einem Kratzer oder Riss wegstossen können und dadurch sich korrosive Fehlstellen des Überzugs ausbreiten.generally by increases in peel and lap shear strengths with reference to freshly prepared test samples,) without any noticeable Improvement in the durability of the adhesion under tension in the presence of moisture. In some cases lead the proposals to improve the peel strength actually lead to a deterioration in the durability of the adhesion under tension in the presence of moisture. Since an assembly adhesive must have the ability to produce a practically continuous Enduring pull in a predictable and dependent manner in our humid environment represents sheer acceleration liability, while useful, is often of limited practical value, if not the problem the poor durability or resistance of the adhesion is also solved or can be solved. In Similarly, protective or decorative polymeric coatings on corrodible metals such as iron or steel are of limited use practical value if the physical forces in the rust increase the coating from a scratch or crack can push away and thereby spread corrosive flaws in the coating.
Wässrige Lösungen der erfindungsgemässen Hassen werden ebenfalls bereitgestellt. Der Komplex ist ein Kation, und das Anion ist einwertig und nicht mit Chrom koordiniert. Das ungefähre Verhältnis von Chrom(III) zu Säure (jede in dem Kationenkomplex) zu nicht-koordiniertem Anion beträgt 2/1/4. Die bevorzugte trans-Säure ist Fumarsäure; das bevorzugte Anion ist Nitrat.Aqueous solutions of the Hassen according to the invention are also used provided. The complex is a cation and the anion is monovalent and not coordinated with chromium. That approximate ratio of chromium (III) to acid (each in that Cation complex) to non-coordinated anion is 2/1/4. The preferred trans acid is fumaric acid; the preferred one Anion is nitrate.
Eine bevorzugte Masse ist eine Koordinationsverbindung, die der nachstehenden ungefähren Formel entspricht:A preferred composition is a coordination compound represented by the following general formula:
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Hierin bedeuten X ein nicht-koordiniertes Anion, vorzugsweise Nitrat, Z Wasserstoff oder Methyl und X ist einwertig. In dieser bevorzugten Masse beträgt das Molverhältnis von Fumarsäure zu Chrom 0,5/1» obgleich Verhältnisse im Bereich von 0,4/1 bis 0,6/1 im wesentlichen äquivalent sind.Dies fällt unter die Bedeutung, dass das ungefähre Verhältnis von Chrom(TII) zu Säure (jede in dem KationenkomplexJ zu nicht-koordiniertem Anion 2/1/4 ist. Auf jede ,Säuregruppe entfallen etwa zwei Chromatome und auf jedes Chromatom etwa zwei nicht-koordinierte Anionen. Wässrige Lösungen dieser bevorzugten Zusammensetzung weisen eine blaue Farbe auf und ergeben ein charakteristisches Breitband-Lichtabsorptionsspektrum mit zwei Maxima bei etwa 4100 Ä-Einheiten und 5700 Ä-Einheiten.Here, X is a non-coordinated anion, preferably nitrate, Z is hydrogen or methyl and X is monovalent. In this preferred composition, the molar ratio of fumaric acid to chromium is 0.5 / 1 »although ratios in the range 0.4 / 1 to 0.6 / 1 are essentially equivalent. This comes to mean that the approximate ratio of Chromium (TII) to acid (each in the cation complex J is 2/1/4 to non-coordinated anion. Each acid group has about two chromium atoms and each chromium atom has about two non-coordinated anions. Aqueous solutions of this preferred composition have a blue color Color and result in a characteristic broadband light absorption spectrum with two maxima at about 4100 Å units and 5700 Å units.
Es wird angenommen, dass sämtliche der hier beschriebenen Produkte Mischungen aus zwei oder mehr Chromkomplexen enthalten können und keine reinen chemischen Arten zu sein brauchen, obgleich eine spezielle Art in jedem Produkt vorherrschen kann. Verschiedene Polymerisationsgrade können vermittels der Dicarbonsäure-Verknüpfungen ebenfalls in diesen Produkten auftreten.It is believed that all of the products described herein contain mixtures of two or more chromium complexes can and need not be pure chemical species, although a specific species predominates in each product can. Different degrees of polymerization can also be achieved in these by means of the dicarboxylic acid linkages Products occur.
Vorzugsweise liegen die erfindungsgemässen Massen in einer wässrigen Lösung von Tetrahydrofuran oder einem Alkohol mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen vor, und vorzugsweise ist die trans-Säure Fumarsäure. .The compositions according to the invention are preferably in an aqueous solution of tetrahydrofuran or an alcohol of 2 to 4 carbon atoms, and preferably the trans acid is fumaric acid. .
ti.ti.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Masse weniger als 10 Gew.% Wasser enthält.It is particularly preferred if the mass contains less than 10% by weight of water.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Massen, die polymere Verbindungen enthalten, und zwar Fumarato-chrom(III)-nitrat, Aconitato-chromClII^-nitrat und Mesaconato-chromClII^-nitrat. Solche Massen sind nützlich für die Förderung der Haftung an Metall-, Metalloxid- undAnother embodiment of the present invention are Compounds containing polymeric compounds, namely fumarato-chromium (III) nitrate, Aconitato-chromClII ^ -nitrate and Mesaconato-chromClII ^ -nitrate. Such masses are useful for promoting adhesion to metal, metal oxide and
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Glassubstraten, insbesondere an Glassubstraten. Unter polymeren Arten wird verstanden, dass der Komplex mehr als 1 Chromatom enthält. Diese Polymeren können durch Verknüpfung durch die Dicarbonsäuren oder durch verschiedene Sauerstoffverknüpfungen gebildet werden, wie sie allgemein von Laswick und Plane im Journal of American Chemical Society, Band 81,(1959), Seiten 3564 bis 3567, von Hall und Eyring im Journal of American Chemical Society, Band 72·(1950), Seiten 782 bis 790 und von Bailar in Chemistry of the Coordination Compounds, Reinhold Publishing Corporation, New York, (1956) Seiten 448 bis 471 beschrieben werden.Glass substrates, in particular on glass substrates. Under polymeric types it is understood that the complex has more than Contains 1 chromium atom. These polymers can be linked through the dicarboxylic acids or through various oxygen linkages as generally reported by Laswick and Plane in the Journal of American Chemical Society, Volume 81, (1959), pages 3564-3567, by Hall and Eyring in the Journal of American Chemical Society, Volume 72 (1950), pages 782 to 790 and by Bailar in Chemistry of the Coordination Compounds, Reinhold Publishing Corporation, New York, (1956) pages 448 to 471.
In de'n Zeichnungen bedeuten:In the drawings:
Fig. 1 eine graphische Darstellung, welche die Breitband-Lichtabsorptionsspektren für Lösungen der bevorzugten Zusammensetzungen zeigt, undFig. 1 is a graph showing the broadband light absorption spectra shows for solutions of the preferred compositions, and
die Fig. 2 die Ultrarotspektren der bevorzugten Zusammensetzung und verschiedener Standard-Zusammensetzungen.Figure 2 shows the ultra-red spectra of the preferred composition and various standard compositions.
Erfindungsgemässe Massen enthalten einen oder mehrere bestimmter, oben beschriebener, wasserlöslicher Chrom(III)-Koordinationskomplexe. Sie leiten sich von einem wasserlöslichen Salz des Chrom(III) mit einem nicht-koordinierten Anion(welches Salz in Wasser das Hexaaquochrom(III)-ion ergibt) und mit einer trans-Säure der FormelCompositions according to the invention contain one or more specific, water-soluble chromium (III) coordination complexes described above. They derive from a water-soluble chromium (III) salt with a non-coordinated one Anion (which salt in water gives the hexaquochrome (III) ion) and with a trans acid of the formula
R1 COOHR 1 COOH
C=C
HOOC R2 C = C
HOOC R 2
ab. Wesentlich ist, dass die Geometrie der Säuresubstituenten trans ist. R1 und R2 können dieselbe oder verschiedene Bedeutungen haben. Jedoch werden sie aus Wasserstoff, Alkyl, Phenyl oder substituiertem Alkyl oder Phenyl, beispielsweiseaway. It is essential that the geometry of the acid substituents is trans. R 1 and R 2 can have the same or different meanings. However, they are selected from hydrogen, alkyl, phenyl or substituted alkyl or phenyl, for example
30982~7^fU3.30982 ~ 7 ^ fU3.
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-CHpCOOH, ausgewählt. Die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in diesen trans-Säuren ist eine ganze Zahl im Bereich von 4- bis einschliesslich 10. Solche Säuren können als trans-1,2-lthylen-dicarbonsäuren mit 4- bis 10 Kohlenstoffatomen beschrieben werden.-CHpCOOH, selected. The total number of carbon atoms in these trans acids is an integer in the range of 4 to 10 inclusive. Such acids can be trans-1,2-ethylene-dicarboxylic acids can be described with 4 to 10 carbon atoms.
Wenn hier auf Komplexe von Cr+^ und trans-Säuren (z. B. Fumarsäure) Bezug genommen wird, bedeutet das»nicht, dass in dem Komplex die Säure selbst mit Cr+^ komplexiert ist; natürlich sind Anionen der Säure an dem Komplex beteiligt. Im Fall von Fumarsäure sind die Anionen das Hydrogenfumaratanion (H^C^O.)"" und das Fumaratanion (EpC.Oj81. Diese Anionen können dem Reaktionsgemisch als Säure oder Salze, welche irgendeines dieser Anionen enthalten, zugeführt werden.When reference is made here to complexes of Cr + ^ and trans acids (e.g. fumaric acid), this "does not mean that in the complex the acid itself is complexed with Cr + ^; of course, anions of the acid are involved in the complex. In the case of fumaric acid, the anions are the hydrogen fumarate anion (H ^ C ^ O.) "" And the fumarate anion (EpC.Oj 81. These anions can be added to the reaction mixture as acids or salts containing any of these anions.
Es scheint, 'dass das stöchiometrisched Bruttoverhältnis von Chromatomen zu Fumaratmolekülen in Lösung über den Bereich von etwa 1 : 0,4 bis 1 j 0,6 variieren kann. Die Beschaffenheit der Arten oder Mischungen von Arten in Lösung ist nicht genau bekannt, jedoch sind diese löslichen Fumarat-Koordinationskomplexe oder Mischungen derselben sämtlich vortrefflich brauchbar für die Förderung der Haftung. Etwas freies Chromnitrat und/oder Fumarsäure können ebenfalls in diesen Lösungen vorhanden sein, ohne dass praktisch eine ungünstige Wirkung eintritt.It appears that 'that is the gross stoichiometric ratio from chromium atoms to fumarate molecules in solution over the range of about 1: 0.4 to 1 j 0.6. the The nature of the species or mixtures of species in solution is not precisely known, but these are soluble Fumarate coordination complexes or mixtures thereof are all excellently useful for promoting adhesion. Some free chromium nitrate and / or fumaric acid may also be present in these solutions with virtually no unfavorable effect occurs.
Bei der Herstellung von erfindungsgemässen Massen wird"im allgemeinen das Nitratanion bevorzugt. Ein Fumarsäure-zu-Chrom-Molverhältnis von etwa 0,5 wird dort bevorzugt, wo hoch-konzentrierte Lösungen gelagert oder verschifft werden sollen, weil bei diesem Verhältnis solche Lösungen vortrefflich stabil sind. Komplexe oder Mischungen, die ein wesentlich niedrigeres Verhältnis von trans-Säure zu Chrom aufweisen, können hergestellt werden, bieten aber keinen besonderen Vorteil hinsichtlich der Stabilität und neigenIn the production of compositions according to the invention, "im the nitrate anion is generally preferred. A fumaric acid to chromium molar ratio of about 0.5 is preferred where highly concentrated solutions are stored or shipped should, because with this relationship such solutions are excellently stable. Complexes or mixtures that contain a have a significantly lower ratio of trans acid to chromium can be produced, but offer none particular advantage in terms of stability and tend
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dazu, etwas weniger wirksam für das Binden von Polymeren, wie Polyäthylen, an Substrate, wie Glas, zu sein. Im allgemeinen wird der Bereich von 0,4 bis 0,6 Mol Fumarsäure Je g-Atom Chrom bevorzugt.tend to be somewhat less effective for bonding polymers such as polyethylene to substrates such as glass. In general the range from 0.4 to 0.6 mol of fumaric acid per g atom of chromium is preferred.
Besonders bevorzugte Massen sind wässrige Lösungen, die etwa 1»5 g-Atome Chrom je Liter Lösung enthalten, wobei etwa 1,2 Äquivalente Base (vorzugsweise Alkali) und etwa 0,5 Mol Fumarsäure auf jedes g-Atom Chrom fallen. Diese Lösungen werden deshalb bevorzugt, weil sie eine hohe Chromkonzentration aufweisen, weil sie längere Zeit bei Temperaturen bis zu 45° C stabil sind und weil sie sehr wirksam für das Binden von Polymeren, wie Polyäthylen an Glassubstrate sind. Diese hohen Chromkonzentrationen sind nur durch sorgfältiges Kontrollieren des Fumarsäure-zu-Chrom-Verhältnisses und des Alkali-zu-Chrom-Verhältnisses erhältlich. Diese Massen enthalten 1,0 bis 1,5 Äquivalente Base und 0,4 bis 0,6 Mol Fumarsäure je g-Atom Chrom. Bevorzugte Massen enthalten '1,15 bis 1,25 Äquivalente Alkali Je g-Atom Chrom. Massen, die über 2 g-Atome Chrom je Liter enthalten, können zwar hergestellt werden, sind aber nicht so stabil und daher nicht so bevorzugt. Der bevorzugte Chromkonzentrationsbereich ist 1,25 bis 1,75 g-Atom je Liter. Niedrigere Konzentrationen können angesetzt werden, sind aber hinsichtlich des Versandes und der Lagerung kostspieliger.Particularly preferred compositions are aqueous solutions which contain about 1 »5 g-atoms of chromium per liter of solution, about 1.2 equivalents of base (preferably alkali) and about 0.5 mol of fumaric acid per g-atom of chromium. These solutions are preferred because they have a high concentration of chromium, because they are stable for extended periods of time at temperatures up to 45 ° C, and because they are very effective for bonding polymers such as polyethylene to glass substrates. These high levels of chromium can only be obtained by carefully controlling the fumaric acid to chromium ratio and the alkali to chromium ratio. These materials contain 1.0 to 1.5 equivalents of base and 0.4 to 0.6 mol of fumaric acid per g-atom of chromium. Preferred compositions contain 1.15 to 1.25 equivalents of alkali per g atom of chromium. Masses containing more than 2 g-atoms of chromium per liter can be produced, but are not as stable and therefore not as preferred. The preferred chromium concentration range is 1.25 to 1.75 g-atom per liter. Lower concentrations can be used, but are more costly in terms of shipping and storage.
Die Herstellung von erfindungegemässen Fumarate-Chromnitrat-Komplexen umfasst das Erhitzen einer wässrigen Lösung von Chrom(III)-nitrat, der zu verwendenden trans-Säure (wie Fumarsäure) und siner Base (vorzugsweise eines Alkalis, z. B. eines Hydroxids, Carbonats oder Bicarbonats eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls) lange genug auf eine Temperatur von 50° C bis zur Rückflusstemperatur, um die Reaktion praktisch vollständig ablaufen zu lassen. Die Eeaktionsdauer beträgt etwa 10 Minuten bis 1 Stunde. Die Mengenverhältnisse der-Ausgangsstoffe sind 1,0 bis 1,5 g/ÄquivalentThe production of fumarate-chromium nitrate complexes according to the invention involves heating an aqueous solution of chromium (III) nitrate, the trans-acid to be used (such as fumaric acid) and its base (preferably an alkali, e.g. a hydroxide, carbonate or bicarbonate Alkali metal or alkaline earth metal) to a temperature of 50 ° C to the reflux temperature long enough for the To allow the reaction to proceed practically to completion. The duration of the reaction takes about 10 minutes to 1 hour. The proportions the starting materials are 1.0 to 1.5 g / equivalent
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einer Base und 0,4 bis 0,6 Mol trans-Satire je Mol des' Chrom(III)~nitrats. Die sich ergebende Lösung enthält 1 bis-7 Gew.% Chrom.a base and 0.4 to 0.6 moles of trans satire per mole of ' Chromium (III) nitrate. The resulting solution contains 1 to -7 % Chromium by weight.
Solche Massen, die etwa 1,5 g-Atome Chrom ge Liter Lösung und etxira 1,2 Äquivalente Alkali und 0,5 Mol Fumarsäure je g-Atom Chrom enthalten, kennzeichnen sich iiieiterhin dadurch, dass sie die nachstehenden Werte der Lichtabsörptionsmaxima, γ (S -Einheiten)..und der molaren Extinktion, A111', im Falle von frisch-hergesteilten Lösungen aufweisen.Such masses, which contain about 1.5 g-atoms of chromium per liter of solution and about 1.2 equivalents of alkali and 0.5 mol of fumaric acid per g-atom of chromium, are characterized by the fact that they have the following values of the light absorption maxima, γ ( S units) .. and the molar extinction, A 111 ', in the case of freshly prepared solutions.
ν . mν. m
4100 - 4120 & 25-264100 - 4120 & 25-26
5700 - 5750 £ ' 25,5 - 26,55700-5750 £ '25.5-26.5
Geringere Abwandlungen der präparativen Arbeitsweise oder die Anwesenheit von Verunreinigungen können diese Werte geringfügig abändern. Die molare Extinktion erhöht sich iia allgemeinen in dem Masse, wie die Probe altert.Minor modifications of the preparative procedure or the presence of impurities can negatively affect these values modify. The molar absorbance generally increases as the sample ages.
Die bevorzugten Masse hat sich als nützlich für die Förderung der Haftung von Polymeren an Metalll- und Glasoberflächen erwiesen.The preferred crowd has come in handy for promoting the adhesion of polymers to metal and glass surfaces.
Bei Durchführung von Herstellungen der vorliegenden Komplexe, wie oben allgemein angegeben, werden die Reaktionen zur Erzeugung der Komplexe fortschreitend langsamer, ^je niedriger die Reaktionstemperatür ist* Folglich wird es bevorzugt, dass die Wärmereaktionsstufen bei etwa der normalen Siedetemperatur, der Reäktionslösung, z* B* bei 70 bis etwa 100° C, durchgeführt werden. Höhere !Temperaturen können bei Drücken oberhalb von Normaldruck angewandt werden* Niedrigere Temperaturen können auch angewandt werden, erfordern jedoch längere Zeiten» und bei !Temperaturen unterhalb von etwa 7Q° ö sind die Reaktionen gewöhnlich zu langsam,^ um bei diesen ieingeraturön zweck-When making preparations of the present complexes as indicated generally above, the reactions to generate the complexes become progressively slower the lower the reaction temperature * at 70 to about 100 ° C. Higher temperatures can be used at pressures above normal pressure. Lower temperatures can also be used, but require longer times, and at temperatures below about 70 ° the reactions are usually too slow to be useful at these temperatures.
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massig zu sein. Die Reaktionszeit, d. h. die Gesamtzeit bei der erhöhten Temperatur sollte natürlich ausreichend sein, um die gewünschte Umwandlung in den Komplex herbeizuführen. Somit ergibt sich eine bestimmte brauchbare Umwandlung im allgemeinen in 5 Minuten bei 100° C und während etwas längerer Zeiten bei niedrigeren Temperaturen. Vollständige Umwandlung des ChromCIIIj-ßohmaterials in dem gewünschten Komplex erfordert im allgemeinen eine Mindestgesatntzeit *von etwa 40 Minuten bei 100° C, jedoch werden gewöhnlich etwas längere Gesamtzeiten von 2 bis 4 Stunden angewandt, um die Vollständigkeit der Umwandlung sicherzustellen. Noch längere Zeiten, z. B. über 6 Stunden, können angewandt werden, sind jedoch im allgemeinen nicht erforderlich.to be massive. The response time, i.e. H. the total time at the elevated temperature should of course be sufficient, to bring about the desired conversion into the complex. Thus, there is a certain useful conversion in the generally in 5 minutes at 100 ° C. and for somewhat longer times at lower temperatures. Complete conversion of the ChromCIIIj raw material in the desired complex generally a minimum total time * of approx 40 minutes at 100 ° C, but slightly longer total times of 2 to 4 hours are usually used to ensure completeness to ensure the conversion. Even longer times, e.g. B. over 6 hours can be used, but are generally not required.
Die als Zwischenstufe für die Hoch temperaturreaktionsstufen erfolgenden Reaktionsstufen zur Neutralisation der Nebenproduktsäure sollten im allgemeinen bei relativ niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, z. B. bei Temperaturen nicht über etwa 35° C» um unerwünschte Koordinationoreaktionen zu vermeiden, die zur Ausfällung von inaktiven Materialien führen könnten. Temperaturen von etwa Raumtemperatur, z. B. 20 bis 50° C, sind sehr zufriedenstellend und bevorzugt.As an intermediate stage for the high temperature reaction stages reaction steps to neutralize the by-product acid should generally be relatively low Temperatures are carried out, e.g. B. at temperatures not above about 35 ° C »to unwanted coordination reactions avoid which could lead to the precipitation of inactive materials. Temperatures of around room temperature, z. B. 20 to 50 ° C, are very satisfactory and preferred.
Chrom(III)-Verbindungen, welche Hexaaquochromionen in wässriger Lösung ergeben, können als Chrom(III)-Roh- bzw. Ausgangsmaterial bei der Herstellung der erfindungsgemässen Komplexe verwendet werden. Chrom(III)-nitrat, Cr^NO,),. ηΗ?0, wobei η 6 bis 9 sein kann, ist das bevorzugte Salz. Ein anderes derartiges Salz ist ChromCIII)-perchlorat, jedoch wird dessen Verwendung aus Gründen der Sicherheit nicht bevorzugt. In den meisten anderen Chrom(III)-Salzen kann eine oder können mehrere der sechs Koordinationsstellungen mit einem oder mehreren Anionen anstelle von Wasser koordiniert sein. Einige von diesen können verwendet werden. So wurden die gewünschten Komplexe aus Chrom(III)-acetat und -förmiatChromium (III) compounds which give hexaquochromion in aqueous solution can be used as chromium (III) raw material or starting material in the production of the complexes according to the invention. Chromium (III) nitrate, Cr ^ NO,) ,. ηΗ ? 0, where η can be 6 to 9, is the preferred salt. Another such salt is chromium (III) perchlorate, but its use is not preferred for reasons of safety. In most other chromium (III) salts, one or more of the six coordination positions can be coordinated with one or more anions instead of water. Some of these can be used. The desired complexes of chromium (III) acetate and formate were thus created
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mit genügend zugesetzter Salpetersäuren oder SuIfaminsäure, um den gewünschten pH-Wert einzustellen, hergestellt. Jedoch ist die Verwendung des Acetat- oder Formiatsalzes nicht bevorzugt, da, obgleich das Fumaratanion die Acetat- und IOrmiatanionen aus der inneren Koordination ersetzen kann, die Reaktionen unter Verwendung dieser Salze mit Bezug auf Abweichungen von genauen Reaktionsbedingungen viel empfindlicher sind, und sich selbst aus geringen Veränderungen der Herstellungsbedingungen häufig unlösliche und inaktive Produkte ergeben. Jegliches Auftreten einer Schleier-, Trübungs™, Niederschlags- oder Gelbildungein den Lösungen dieser Produkte zeigt im allgemeinen einen präparativen Fehler an, der gewöhnlich zur vollständigen -Ausfällung und zum vollständigen Verlust der Brauchbarkeit führt.with enough added nitric acid or sulfamic acid, to adjust the desired pH. However, the use of the acetate or formate salt is not preferred, there, although the fumarate anion is the acetate and I-ormate anions from the internal coordination can replace the reactions referring to using these salts Deviations from exact reaction conditions are much more sensitive, and even result from minor changes the manufacturing conditions often result in insoluble and inactive products. Any appearance of a veil, Cloudiness, precipitate or gel formation in the solutions of these products generally indicates a preparative error, usually leading to complete precipitation and leads to the complete loss of usability.
Die Reaktionen zur Herstellung der erfindungsgemässen Komplexe werden am besten unter Verwendung von Fumarsäure GJlJ)1, selbst durchgeführt, obgleich die löslichen Hydrogenfumarate, wie beispielsweise die Alkali- oder Ammoniumhydrogenfumarate, z. B. NaH(CJrLjOz1.) und die löslichen Fumarate, \f±e beispielsweise die Dialkali- oder Ammonium-■ fumarate, ζ. B. NapCCL^O^), zur Einstellung des pH-Wertes verwendet werden können. Das Chrom(III)-Salz und die Fumarsäurereaktionsteilnehmer können in irgendeinem gewünschten Verhältnis verwendet werden, Jedoch wird im allgemeinen bevorzugt, dass ein stöchiometrischer Überschuss an Fumarsäure verx-iendet wird, um die Umwandlung'des Chrom(III)-Reaktionsmittels in den gewünschten Komplex zu fördern. Es wird daher ein grosser Überschuss an Fumarsäure, z. B. bis zu ihrer Löslichkeitsgrenze von etwa 10 Gew.% bei 100° C bevorzugt. 1Ί ach beendeter Reaktion kann der nicht-umgesetzte Überschuss an Fumarsäure leicht wiedergewonnen werden; da sie nur wenig löslich in kalten Lösungen bei den angewendeten pH-Wertbedingungen ist. Falls weniger als ein Formelgewicht Fumarsäure je Formelgewicht Chrom(III)-Reaktionsteilnehiaersalz verwendet wird, tritt Umwandlung in den ge-The reactions for the preparation of the complexes according to the invention are best carried out using fumaric acid GJlJ) 1 , itself, although the soluble hydrogen fumarates, such as the alkali or ammonium hydrogen fumarates, z. B. NaH (CJrLjOz 1. ) And the soluble fumarates, \ f ± e for example the dialkali or ammonium ■ fumarate, ζ. B. NapCCL ^ O ^), can be used to adjust the pH. The chromium (III) salt and fumaric acid reactants can be used in any desired proportion. However, it is generally preferred that a stoichiometric excess of fumaric acid be used to convert the chromium (III) reactant to the desired complex to promote. A large excess of fumaric acid, e.g. B. up to their solubility limit of about 10 wt. % At 100 ° C is preferred. Once the reaction has ended, the unreacted excess of fumaric acid can be easily recovered; as it is only sparingly soluble in cold solutions at the pH conditions used. If less than one formula weight of fumaric acid per formula weight of chromium (III) reactant salt is used, conversion to the
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wünschten Komplex ein, jedoch ist offensichtlich eine vollständige Überführung des Chrom(lII)-Eeaktänten in den 2 : 1-Chrom-ζu-Fumaiat-Komplex mangels ausreichender Fumarsäuremenge unmöglich.desired complex, but is obviously a complete one Transfer of the chromium (III) -Eeaktänten in the 2: 1 chromium ζu-fumarate complex for lack of sufficient fumaric acid not possible.
Sonderbarerweise ist das cis-Isomere der Fumarsäure, d. h. Maleinsäure, für den vorliegenden Zweck nicht wirksam und kann nicht anstelle von Fumarsäure eingesetzt^werden. Jedoch kann gegebenenfalls eine substituierte Fumarsäure, z. B. Methylfumarsäure (Mesaconsäure), Phenylfumarsäure und dgl. anstelle von Fumarsäure verwendet werden, unter der Voraussetzung, dass der Substituent oder die Substituenten ein oder beide direkt mit den Kohlenstoffatomen der Fumarsäurestruktur verbundene Wasserstoffatome ersetzen, und mit der weiteren Massgabe, dass die trans-Konfiguration beibehalten wird. Fumarsäure kann als "trans-1,2-Äthylendicarbonsäure" Oddly, the cis isomer of fumaric acid, i. H. Maleic acid, ineffective for the present purpose and cannot be used in place of fumaric acid. However may optionally be a substituted fumaric acid, e.g. B. methylfumaric acid (mesaconic acid), phenylfumaric acid and the like can be used in place of fumaric acid, provided that the substituent or substituents replace one or both of the hydrogen atoms directly connected to the carbon atoms of the fumaric acid structure, and with the further proviso that the trans configuration is retained. Fumaric acid can be called "trans-1,2-ethylenedicarboxylic acid"
H COOHH COOH
C=C
HOOC HC = C
HOOC H
worin die -1- und 2-Stelluns jeweils einen Wasserstoffsubstituenten tragen, bezeichnet werden. Jeder dieser Wasserstoffsubstituenten kann durch einen Methyl-, Äthyl-, Phenyl-, -CHoCOOH-Rest und dgl. ersetzt werden, um substituierte Fumarsäuren zu ergeben, einschliesslich Monosubstitution (in der 1-Stellung^ und Disubstitution (in der 1- und 2-Stellung). Substituierte Fumarsäuren, die insgesamt bis zu 10 Kohlenstoffatome enthalten, können gemäss der Erfindung verwendet werden, wobei im speziellen die Säuren durch folgende Formel wiedergegeben werden:wherein the -1 and 2 positions each have a hydrogen substituent wear, to be designated. Any of these hydrogen substituents can be replaced by a methyl, ethyl, phenyl, -CHoCOOH radical and the like To give fumaric acids, including monosubstitution (in the 1-position ^ and disubstitution (in the 1- and 2-position). Substituted fumaric acids which contain a total of up to 10 carbon atoms can according to of the invention can be used, in particular the acids are represented by the following formula:
— 12 —
309827/1 U3 - 12 -
309827/1 U3
worin R^ und Rp gleich, oder verschieden sein können und beispielsweise Wasserstoff, Methyl-, Äthyl-, Phenyl-Reste,. -CHpCOOH und dgl. bedeuten können. Da jedoch Fumarsäure nicht toxisch ist und am leichtesten zugänglich, ist, wird sie gegenüber diesen substituierten Säuren bevorzugt.wherein R ^ and Rp can be the same or different and for example hydrogen, methyl, ethyl, phenyl radicals ,. -CHpCOOH and the like. Can mean. Since, however, fumaric acid is non-toxic and most readily available, it is preferred over these substituted acids.
Fast jedes beliebige übliche basische Material kann verwendet werden, um den pH-Wert der Reaktionslösungen., .wie gefordert, zu erhöhen, z. B. in Stufen zwischen den Reaktionsstufen bei hoher Temperatur, oder den pH-Wert der Reaktionslösungen für die Lagerung zu erhöhen. Beispiele für derartige basische Materialien sind die Alkali- und Ammoni umhydroxide, -c arbonate, -bic arbonate, -hydro genfumarate und -fumarate. Ihre Funktion besteht darin, das Nebenproduktwasserstoffion in geregelter Menge zu entfernen oder zu neutralisieren. Ein geregeltes Entfernen dieses Nebenproduktwasserstoffions kann auch durch ein basisches Ionenaustauschharz erfolgen. Die Anwendung eines derartigen Harzes kann bevorzugt sein, wenn es erwünscht ist, eine Produktlösung zu erhalten, die frei von löslichen Nitraten, die von den Nitratsalzen der Komplexe abweichen, ist. Ein Beispiel eines für den obigen Zweck geeigneten Anionenaustauschharze& ist die Hydroxid- oder Carbonatform von im Handel erhältlichem Amberlite IRA-400, das ein Harz des in der US-PS 2 591 573 beschriebenen Typs ist, in dem Stickstoffatome der funktioneilen quaternären Ammoniumgruppen durch gesättigte Kohlenwasserstoff-' gruppen, z, B. die Methylengruppe, mit dem aromatischen Kern eines vernetzten Copolymeren aus Styrol und Divinylbenz-ol verbunden ist.Almost any conventional basic material can be used to increase the pH of the reaction solutions.,. As required, e.g. B. in steps between the reaction steps at high temperature, or to increase the pH of the reaction solutions for storage. Examples of such basic materials are the alkali and ammonium hydroxides, carbonates, bicarbonates, hydrogen fumarates and fumarates. Their function is to remove or neutralize the by-product hydrogen ion in a controlled amount. This by-product hydrogen ion can also be removed in a controlled manner by means of a basic ion exchange resin. The use of such a resin may be preferred when it is desired to obtain a product solution which is free of soluble nitrates other than the nitrate salts of the complexes. An example of an anion exchange resin suitable for the above purpose is the hydroxide or carbonate form of commercially available Amberlite IRA-400, which is a resin of the type described in U.S. Patent 2,591,573 in which nitrogen atoms of the quaternary ammonium functional groups are replaced by saturated hydrocarbons - 'groups, for example the methylene group, is connected to the aromatic nucleus of a crosslinked copolymer of styrene and divinylbenz-ol.
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ORIGINAL IMSPEGTEDORIGINAL IMSPEGTED
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Obgleich die Verwendung einer Base oder eines "basischen Ionenaustauschharzes, wie oben angegeben, gewöhnlich zur Herstellung dieser Komplexe mit einem geeigneten Umwandlungsgrad aus dem Ausgangshexaaquochromsalz erforderlich ist, ist dies nicht immer so, da in einigen Fällen das Lösungsmittel Wasser auch als eine Base wirken kann, d. h. zum Entfernen von Wasserstoff ionen durch die Reaktion H+ + H2O —) ΗχΟ+ . Somit kann eine Reaktion weitgenug voranschreiten, um eine nützliche Konzentration an den gewünschten Komplexen zu bilden, selbst wenn keine Base zugegeben wird und selbst wenn die Lösung noch einen verhältnismässig grossen Mengenanteil an Chrom als nicht-umgesetztes Hexaaquochromion enthält. Die sich ergebende Produktlösung fördert die Haftung organischer Polymerer an Glas oder Metall, obgleich nicht so gut wie Lösungen, in denen ein grösserer Umwandlungsgrad in den Komplex durch Verwendung eines basischen Materials sichergestellt wurde.Although the use of a base or "basic ion exchange resin" as noted above is usually required to prepare these complexes with an appropriate degree of conversion from the starting hexaaquochrome salt, this is not always so because in some cases the solvent water can also act as a base, ie, to remove hydrogen ions by the reaction H + + H2O -) ΗχΟ + . Thus, a reaction can proceed well enough to form a useful concentration of the desired complexes even if no base is added and even if the solution still has a relatively proportionate amount The resulting product solution promotes the adhesion of organic polymers to glass or metal, although not as well as solutions in which a greater degree of conversion to the complex has been ensured through the use of a basic material.
Es ist verständlich, dass die Lage der Spektralmaxima sich in Abhängigkeit yon geringeren Abwandlungen der Arbeitsweise zur Herstellung der Komplexe und von der Anwesenheit irgendwelcher geringerer Mengen an Verunreinigungen geringfügig verschieben kann. Im allgemeinen verändert sich die Lage der Maxima in sorgfältig hergestellten frischen Proben nicht mehr als +30 S-Einheiten, und die molaren Exstrinktionen verändern sich nicht mehr als um -2. Die Werte für die molare Extinktion erhöhen sich in dem Masse, wie die Lösungen altern, wobei der Betrag der Erhöhung von dem pH-Wert, der Temperatur usw. abhängt. 'It is understandable that the position of the spectral maxima may shift slightly depending on minor modifications in the procedure for preparing the complexes and on the presence of any minor amounts of impurities. In general, the position of the maxima in carefully prepared fresh samples does not change by more than +30 S-units, and the molar exstrinctions do not change by more than -2. The values for the molar absorbance increase as the solutions age, the amount of increase depending on the pH, the temperature and so on. '
Bei der Behandlung von Substraten mit irgendeiner der oben beschriebenen Behandlungslösungen, insbesondere wenn das Substrat beispielsweise ein Weichstahl ist, der leicht durch Lösungen schwacher Säuren korrodiert wird, kann es erwünscht sein, zu der Lösung ein Korrosionsinhibierungsmittel, beispielsweise eine lösliche sechswertige Chromverbindung, ζ. Β,When treating substrates with any of the treatment solutions described above, especially when that For example, the substrate is a mild steel that is easily corroded by solutions of weak acids, it may be desirable be, to the solution a corrosion inhibitor, for example a soluble hexavalent chromium compound, ζ. Β,
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Natriumchromat, zugeben. Die Zugabe einer sechswer.tigen Chromverbindung in einer etwa 0,001 bis 0,1 g-Atom je Liter äquivalenten Konzentration erfolgt zu diesem Zweck.Sodium chromate, add. The addition of a six-valued Chromium compound in about 0.001 to 0.1 g-atom per liter equivalent concentration is used for this purpose.
Zu Substraten, die in wirksamer Weise mit der einen .oder anderen der. oben beschriebenen Behandlungsiösuhgen behandelt werden können, gehören alle üblichen Grundmetalle oder deren Legierungen, die normalerweise für^Bauzwecke verwendet werden. Derartige Metalle sind solche, die in der Spannungsreihe nicht höher wie Magnesium stehen, beispielsweise Aluminium, Eisen, Stahl, rostfreier Stahl, Kupfer, Messing, Titan, Magnesium, Nickel, Zinn, Veissblech, Zink und Zinkblech. Ferner gehören dazu Metalloxidsubstrate, wie beispielsweise keramische Aluminiumoxid- und Titanoxidmaterialien und Glas. Das Substrat kann in irgendeiner gewünschten physikalischen Form vorliegen, z. B. in Form von Folien, Platten bzw. Bahnen, Stäben und dgl. oder in zerkleinerter Form, als Draht oder in faserförmiger Form, die üblicherweise zur Verstärkung von Kunststoffgegenständen verwendet werden. In allen Fällen ist vorzuziehen, dass das Substrat vor der Behandlung sauber ist, d. h., dass es ...... "i von öligen und fettigen VerunreinigungenTo substrates that can be effectively used with the one. Or other the. Treated treatment solutions described above include all common base metals or their alloys that are normally used for ^ building purposes be used. Such metals are those that are no higher in the series than magnesium, for example Aluminum, iron, steel, stainless steel, copper, brass, titanium, magnesium, nickel, tin, steel sheet, Zinc and zinc sheet. This also includes metal oxide substrates, such as ceramic aluminum oxide and titanium oxide materials and glass. The substrate can be in any desired physical form, e.g. B. in the form of foils, plates or sheets, rods and the like. or in shredded form, as wire or in fibrous form, which are usually used to reinforce plastic objects be used. In all cases it is preferable that the substrate is clean before treatment, d. that is, that it ...... "i of oily and greasy impurities
und dgl. ist.and the like.
Die Behandlung dieser Substrate mit den beschriebenen Behandlungslösungen ist im allgemeinen wirksam, um wenigstens eine bestimmte wertvolle Verbesserung hinsichtlich der Haftbindung irgendeines anschliessend aufgebrachten organischen Polymeren mit dem Substrat zu ergeben, wobei das Polymere in seiner endgültig aufgebrachten Form fest ist und auf das behandelte Substrat in einer nicht-wässrigen Form, die das Substrat benetzt, z. B. in geschmolzener Form, in Lösung in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel oder in plastischer Form, aufgebracht werden kann; Vorzugsweise weist das auf das behandelte Substrat aufgebrachte organisch Polymere darin dispergiert 0,4 bis 10 Gew.%, bevorzugt 1The treatment of these substrates with the treatment solutions described is generally effective to provide at least some valuable improvement in the Adhesive bonding of any subsequently applied organic polymer to the substrate, the Polymers in its final applied form is solid and applied to the treated substrate in a non-aqueous Form that wets the substrate, e.g. B. in molten form, in solution in a volatile organic solvent or in plastic form; Preferably, the applied to the treated substrate is organic Polymers dispersed therein 0.4 to 10 wt.%, Preferably 1
- 15 309827/1 U3- 15 309827/1 U3
bis etwa 6 Gew.%, eines fein zerteilten Aluminiumoxids auf, das einen Gehalt an gebundenem Wasser von nicht mehr als 9 % und eine spezifische Oberfläche von wenigstens 5,up to about 6% by weight, of a finely divided aluminum oxide, that has a bound water content of not more than 9% and a specific surface of at least 5,
ρ
bevorzugt 15 bis 700 m /g aufweist, gemessen nach der
B.E.T.-Stickstoffadsorptionsmethode, die von Nelson und Eggertsen in Analytical Chemistry, Band 50, Seiten 1387
bis 1390 (1958) beschrieben ist. Unter den verschiedenen
organischen Polymeren, vorzugsweise mit darin dispergiertem Aluminiumoxid, die in vorteilhafter Weise auf das behandelte
Substrat gemäss der Erfindung aufgebracht werden können,
werden solche bevorzugt, zu denen die schmelzbaren oder thermoplastischen Polymeren gehören, wie beispielsweise
die Ölefinkohlenwasserstof!polymeren, insbesondere Polyäthylene
mit geringer und hoher Dichte, Polypropylen, Äthylen/Vinylacetat-Copolymere, Polyvinylidenfluorid,
Vinylchlorid/Vinylacetat-Copolymere, Polycarbonate, wie beispielsweise
Bisphenol A-polycarbonat (das Polycarbonat von 4,4'-Isopropylidendiphenol), Polysulfone, z. B. das PoIy-Bulfon,
das durch Umsetzung des Natriumsalzes von 4,4'-Isopropylidendiphenol
mit 4,4'-Dichlordiphenylsulfon hergestellt wird, Polyamide, Polyester,Io]yurethan, Γb]ύ^dnylbut3ίrεl undßutadicn/
Styrol-Copolymere. Zu geeigneten Polyäthylenen gehören lineares Polyäthylen mit hoher Dichte, das durch Hochdruck-Koordinationakatalysereaktion
hergestellt wird, und lineares Polyäthylen mit geringer Dichte, das durch Koordinationskatalyse
bei niedrigem Druck mit Buten-1-Comonomerem hergestellt wird.
Wenn das Polymere ein Aluminiumoxid mit hoher Oberfläche aufweisen soll, d. h. ein darin dispergiertes Aluminiumoxid
mit einer spezifischen Oberfläche von wenigstens 5 ^ /g, soll es natürlich in Gegenwart dieses Aluminiumoxids stabil
sein. ρ
preferably 15 to 700 m / g, measured by the BET nitrogen adsorption method, which is described by Nelson and Eggertsen in Analytical Chemistry, Volume 50, pages 1387 to 1390 (1958). Among the various organic polymers, preferably with aluminum oxide dispersed therein, which can advantageously be applied to the treated substrate according to the invention, those are preferred which include the fusible or thermoplastic polymers, such as, for example, the oleic hydrocarbon polymers, in particular polyethylene with low and high density, polypropylene, ethylene / vinyl acetate copolymers, polyvinylidene fluoride, vinyl chloride / vinyl acetate copolymers, polycarbonates such as bisphenol A polycarbonate (the polycarbonate of 4,4'-isopropylidene diphenol), polysulfones, e.g. B. the poly-bulfone, which is produced by reacting the sodium salt of 4,4'-isopropylidenediphenol with 4,4'-dichlorodiphenylsulfone, polyamides, polyesters, Io] yurethane, Γb] ύ ^ dnylbut3ίrεl and butadicn / styrene copolymers. Suitable polyethylenes include linear high density polyethylene made by high pressure coordination catalysis and linear low density polyethylene made by low pressure coordination catalysis with 1-butene comonomer. If the polymer is to have a high surface area alumina, that is, an alumina dispersed therein with a specific surface area of at least 5 ^ / g, it should of course be stable in the presence of that alumina.
Die Anwendung irgendwelcher der oben beschriebenen Substratvorbehandlungen beschleunigt gewöhnlich die Entwicklung der Haftfestigkeit eines anschliessend aufgebrachten organischen Polymeren erheblich und steigert gleichfalls die Beständig-Applying any of the substrate pre-treatments described above usually accelerates the development of the adhesive strength of a subsequently applied organic Polymers considerably and also increases the resistance
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keit dieser Haftung. Um das grösstmö gliche Ausmass an Haftungsbeständigkeit bei fortgesetzter Anwesenheit von Zugbeanspruchung und Feuchtigkeit zu erhalten, wird es bevorzugt, dass das auf das behandelte Substrat aufgebrachte Polymere darin dispergiert,ein Aluminiumoxid mit hoher Oberfläche, wie oben angegeben, aufweist. Die relative Verbesserung der Haftung, die mit dem behandelten Glas im Vergleich mit dem unbehandelten Glas erhalten wird, nimmt in dem Masse zu, wie der Feuchtigkeitsgehalt des Polyvinylbutyralharzes steigt. So führt diese Behandlung des Glases zu einer Bindung, die viel weniger empfindlich gegenüber Feuchtigkeit ist. Diese Eigenschaft ist auf vielen Anwendungsgebieten wichtig, wo die Einflüsse von Zuständen hoher Feuchtigkeit auf die Harz-Glas-Bindung zu einem Versagen der Bindung führen könnte. Derartige Anwendungsgebiete sind bei Verwendungen auf dem Kraftfahrzeuggebiet anzutreffen, Beispiele hierfür sind klebend montierte Sückspiegelgriffes laminierte Windschutzscheiben-Konstruktionen, die unter feuchten Bedingungen einer Kantenentlaminierung unterliegen, laminierte Glasgebilde, die metallisiertes Glas oder metallisiertes Harz enthalten, für bestimmte Anwendungszwecke auf dem Bausektor, Kantendiohtungssysteme für Gebäudeglasierungen und dgl.this liability. In order to obtain the greatest possible degree of adhesion resistance in the continued presence of tensile stress and moisture, it is preferred that the polymer applied to the treated substrate has, dispersed therein, an aluminum oxide with a high surface area, as indicated above. The relative improvement in adhesion obtained with the treated glass compared to the untreated glass increases as the moisture content of the polyvinyl butyral resin increases. So this treatment of the glass results in a bond that is much less sensitive to moisture. This property is important in many applications where the effects of high humidity conditions on the resin-glass bond could result in bond failure. Such fields of application are found in applications in the automotive field, examples thereof adhesively mounted Sückspiegelgriffe s laminated windshield construction, the subject under humid conditions a Kantenentlaminierung laminated glass structure, the metallized glass or metallized resin are included for certain applications in the construction sector, Kantendiohtungssysteme for Building glazes and the like.
Offenbart werden Koordinationskomplexe von Chrom(III) und Fumarsäure und bestimmten substituierten Furmarsäuren, die Herstellung von wässrigen Lösungen solcher Komplexe sowie die Verwendung solcher Lösungen zum Behandeln von Metall-, Metalloxid- und Glassubstraten zum Zwecke der Verbesserung der Bindung von nachfolgend aufgebrachten, organischen Polymerenklebstoffen auf diesen Substraten« Bevorzugte Koordinationsverbindungen der Fumarsäure weisen die ungefähren Formeln ^r(H2O)5(C4H3O4]T8X2, ZSr(H2O)4(O4H2O4^X undDisclosed are coordination complexes of chromium (III) and fumaric acid and certain substituted fumaric acids, the preparation of aqueous solutions of such complexes and the use of such solutions for treating metal, metal oxide and glass substrates for the purpose of improving the bonding of subsequently applied organic polymer adhesives These substrates «Preferred coordination compounds of fumaric acid have the approximate formulas ^ r (H 2 O) 5 (C 4 H 3 O 4 ] T 8 X 2 , ZSr (H 2 O) 4 (O 4 H 2 O 4 ^ X and
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et &et &
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^ auf, in denen X ein nicht-koordiniertes Anion bedeutet und a seine Wertigkeit ist. Das bevorzugte Anion ist das Nitrat.^ on, in which X is a non-coordinated Anion means and a is its value. The preferred anion is nitrate.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele, in denen alle Mengen, Verhältnisse und Zusammensetzungen als Gewichtsprozente ausgedrückt werden, veranschaulicht.The invention is illustrated by the following examples in which all amounts, ratios and compositions are used as Expressed percentages by weight, illustrated.
Beispiel 1example 1
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines bevorzugten Komplexes. 46,2 g (0,116 Mol) Chrornnitrat-nonahydrat wurden in 38 g Wasser gelöst. Während die Lösung gerührt wurde, wurden 10,9 g (0,136 Mol) 50%igen, wässrigen Natriumhydroxids zugefügt, wobei die Temperatur durch Anwendung von Aussenkühlung unterhalb 40 C gehalten wurde. In der Lösung wurden zu diesem Zeitpunkt einige Feststoffe beobachtet. Die Temperatur wurde dann auf die Rückflusstemperatur (106° C) erhöht und 15 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten. Der Niederschlag löste sich auf, und die Lösung schlug nach Grün um. 6,7 g (0,058 Mol) Fumarsäure wurden zugefügt, und das Sieden unter Rückfluss \\rurde weitere 15 Minuten lang fortgesetzt. Die Lösung wurde auf 25° C abgekühlt und filtriert, um eine geringe Menge (weniger als 0,1 g) an unlöslichem Material zu entfernen. Die sich ergebende Lösung wurde blau und enthielt, wie durch Analyse gefunden wurde, 5»9 % Chrom. Der pH-Wert dieser Lösung betrug 0,06.This example illustrates the preparation of a preferred complex. 46.2 grams (0.116 moles) of chromium nitrate nonahydrate were dissolved in 38 g of water. While the solution is stirred was 10.9 g (0.136 mol) of 50% aqueous sodium hydroxide added, the temperature being kept below 40 C by using external cooling. Some solids were observed in the solution at this point. The temperature was then raised to the reflux temperature (106 ° C) and held at this temperature for 15 minutes. The precipitate dissolved, and the solution turned green. 6.7 g (0.058 mol) of fumaric acid was added and refluxing was stopped continued for another 15 minutes. The solution was on Chilled 25 ° C and filtered to remove a small amount (less than 0.1 g) of insoluble material. Which resulting solution turned blue and was found by analysis to contain 5-9% chromium. The pH of this solution was 0.06.
Eine Probe dieser Lösung wurde in Wasser bis zu einer 0,05-molaren Chromkonzentration verdünnt, und das Lichtabsorptionsspektrum wurde auf einem Carey-Spektrophotometer (Modell 11) bei einer Abtastgeschwindigkeit von JOO % je Minute bestimmt. Das sich ergebende Spektrum wies Absorptionsmaxima bei 4100 und 5700 2. bei molaren Extinktionswerten von 25,3 bzw. 25,7 auf. A sample of this solution was diluted in water to a 0.05 molar concentration of chromium and the light absorption spectrum was determined on a Carey spectrophotometer (Model 11) at a scanning rate of 100 % per minute. The resulting spectrum showed absorption maxima at 4100 and 5700 2. with molar extinction values of 25.3 and 25.7, respectively.
- 18 - 18th
-;>■■ ■ ■ "PJi / 1 1 43 -;> ■■ ■ ■ "PJi / 1 1 43
Nach 2wöcliiger Lagerung bei 4-5° C war die'Produktlösung noch flüssig und frei von !Feststoffen. Die molaren Extinktionen waren jeweils auf 26,7 angestiegen.After storage for 2 weeks at 4-5 ° C., the product solution was still liquid and free from! solids. The molar absorbances each rose to 26.7.
Nach 2 Monaten "bei Raumtemperatur hatten sich die molaren · Extinktionen zu 25»0 bzw.25,8 verändert.After 2 months "at room temperature, the molar Extinctions changed to 25 »0 and 25.8, respectively.
Der oben beschriebene Komplex ergab, wenn er als Kopplungsmittel verwendet wurde, Borsilikatglasfaser-Polyäthylen-Verbundstoffe mit hoher Biegefestigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Die Herstellung derartiger Verbundstoffe erfolgte beispielsweise dadurch, dass man Borsilikatglasfasern in eine Chrom-Komplexlösung, die 0,05 bis 0,2 % Chrom enthielt, eintauchte, sie trocknen liess, ein mehrschichtiges Gebilde aus abwechselnden Schichten aus behandeltem Glasfasergewebe und Polyäthylenpulver herstellte und das Gebilde während eines Zeitraums von etwa 2 Minuten bei etwa 60,46 kg/cm2 C8bO psi) und bei 175° C presste. .The complex described above, when used as a coupling agent, gave borosilicate glass fiber-polyethylene composites having high flexural strength and moisture resistance. Such composites were produced, for example, by immersing borosilicate glass fibers in a chromium complex solution containing 0.05 to 0.2% chromium, letting them dry, producing a multilayer structure from alternating layers of treated fiberglass fabric and polyethylene powder and the structure for a period of about 2 minutes at about 60.46 kg / cm 2 C8bO psi) and at 175 ° C. .
101 mg (0.001 Mol) CrO, wurden unter Rühren mit 3,8 ml von 0,92 normalem DNO^ in D2O (O,OÖ35 Äquivalente DNO.) versetzt, und danach wurden 0,6 Mol von 25%igem DpOp in D2O zugetropft. Die Lösung wurde 30 Minuten lang unter Rückfluss gekocht, um eine vollständige-Umsetzung wie auch die Zersetzung von überschüssigem D2O2 sicherzustellen. Die Lösung wurde auf Raumtempera tür abgekühlt und mit 1,12 ml von 1,52 normalem NaOD in D2O (0,0017 Äquivalente NaOD) versetzt. Die Lösung wurde 15 Minuten lang unter Rückfluss gekocht, um eine vollständige Koordinationskomplexbildung (Olation) des Chromnitrats sicherzustellen. 59 »4- mg (0,005 Mol) Fumarsäure-do wurden zu dem Reaktionsgemisch gegeben, und das Sieden- unter Rückfluss wurde weitere 15 Minuten lang fortgesetzt, um den bevorzugten Komplex herzustellen. Das Ultrarotspektrum dieser Lösung wurde an einem101 mg (0.001 mol) of CrO were admixed with 3.8 ml of 0.92 normal DNO ^ in D 2 O (0.35 equivalents of DNO.) With stirring, and then 0.6 mol of 25% DpOp in D 2 O was added dropwise. The solution was refluxed for 30 minutes to ensure complete conversion as well as the decomposition of excess D 2 O 2 . The solution was cooled to room temperature and 1.12 ml of 1.52 normal NaOD in D 2 O (0.0017 equivalents of NaOD) were added. The solution was refluxed for 15 minutes to ensure complete coordination complex formation (olation) of the chromium nitrate. 59 »4 mg (0.005 mol) of fumaric acid-do was added to the reaction mixture and refluxing was continued for an additional 15 minutes to produce the preferred complex. The infrared spectrum of this solution was on a
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aufzeichnenden Ultrarot-Spektrophotometer der Firma Perkin-Elmer, Modell 21, unter Verwendung einer Schlitzbreite von 128 ü, einer Verstärkung von 6, einer automatischen Sperrenjustierung von 3 und einer EmpfindlichkeitsüußfcLerung von 4-"bestimmt. Die Ultrarotzellen waren ein genau abgestimmtes Paar mit Fenstern'aus Zinksulfid und eine Präzi'sionsweglänge von 0,2 mm. Diese Zellen sind als Irtran-2 von der Firma Barnes Engineering Co., Stamford, Connecticut, zu beziehen. Perkin-Elmer Model 21 ultrared recording spectrophotometer using a slot width of 128 µm, a gain of 6, an automatic barrier adjustment of 3, and a sensitivity level of 4 ". The ultra-red cells were a precisely matched pair of windows. of zinc sulfide and a precision pathlength of 0.2 mm. These cells are available as Irtran-2 from Barnes Engineering Co., Stamford, Connecticut.
Das Ultrarotspektrum sieht man in der Fig. 2a. Es zeigt, dass 90 % der Carboxyl (COOHJ-Gruppen direkt an Chrom koordinativ gebunden sind, da nur 10 % der Carboxylgruppen nicht umgesetzt zurückbleiben. Die Menge der nicht-koraplexierten Carboxylgruppen wurde durch Vergleich der Intensität der }C=0-Bande (5,92 ja) mit derjenigen von bekannten Standai-dproben bestimmt. Die Fig. 2b zeigt das Spektrum der Fumarsäure-do C ^C=O bei 5»92>u) . Die Fig. 2 zeigt das Spektrum des Dinatriumfumarats ( ^C=O bei 6,5/u).The ultrared spectrum can be seen in Fig. 2a. It shows that 90 % of the carboxyl (COOHJ groups are directly coordinated to chromium, since only 10% of the carboxyl groups remain unreacted. The amount of non-coraplexed carboxyl groups was determined by comparing the intensity of the} C = 0 band (5 , 92 yes) with that of known standard samples. Fig. 2b shows the spectrum of the fumaric acid do C ^ C = O at 5 »92> u). Fig. 2 shows the spectrum of disodium fumarate (^ C = O at 6.5 / u).
Zu 1 ml der wie oben hergestellten Lösung wurden 0,1 ml von 0,92 normalem DNO, in DpO gefügt. Das Ultrarotspektrum der sich ergebenden Lösung zeigte keine Veränderung in der Carboxylgegend des Spektrums, was anzeigt, dass in solchen Lösungen im wesentlichen keine freien Carboxylat (COO"")-Gruppen vorhanden sind.0.1 ml of 0.92 normal DNO in DpO were added to 1 ml of the solution prepared as above. The ultrared spectrum of the resulting solution showed no change in the carboxyl region of the spectrum, indicating that in such Solutions have essentially no free carboxylate (COO "") groups available.
Die in diesem Beispiel verwendeten deuterierten Eeagentien wurden von der Firma Alpha Inorganics, Inc., in Beverly, Massachusetts, bezogen.The deuterated reagents used in this example were obtained from Alpha Inorganics, Inc. of Beverly, Massachusetts.
Beispiel 3Example 3
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Massen, welche in einer alkoholischen (mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen) oder Tetrahydrofuran-Lösung Komplexe vonAnother embodiment of the present invention are Masses which are in an alcoholic (with 2 to 4 carbon atoms) or tetrahydrofuran solution complexes of
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Chromnitrat mit Fumarsäure enthalten, wobei das ungefähre Molverhältnis der genannten Säure zu Chromnitrat vorzugsweise im Bereich von etwa O,J? : 1 liegt. Massen mit viel niedrigeren Verhältnissen von Säure zu Chrom sind als Haftungspromotoren nicht so brauchbar, und solche mit viel höheren Verhältnissen unterliegen einer Gelierung während der Lagerung. Derartige Massen sind als Kupplungsmittel für Borsilikatglasfasern und Polyäthylen nützlich. Es ist möglich, dass die nicht-wässrigen Komplexe mehr hoohkoordinati\r komplexierte ("olierte") Arten enthalten als die wässrigen Komplexe; es wurde aber nicht bewiesen, dass ein solcher Unterschied ihre Nützlichkeit ungünstig oder günstig beeinflusst. Ihre Herstellung erfolgt am zweckmässigsten, indem Chromnitrat~nonahydrat mit Tetrahydrofuran oder einem Alkohol, der 2 bis 4- Kohlenstoffatome aufweist, in solchen Mengenverhältnissen vermischt wird, dass die sich ergebende Lösung weniger als 10 %. Wasser enthält, und dass zu der sich ergebenden Lösung organische Säuren gegeben werden. Die Umsetzung findet spontan in dem alkoholischen Medium oder in gewissen anderen polaren, organischen Medien statt. Anderseits kann man auch bei der Herstellung davon ausgehen, dass man eine konzentrierte, wässrige Lösung von CrO7 zu einer Lösung von Salpetersäure in einem organischen Medium gibt; das CrO^ wird anfangs durch das. organische Medium zu CrCIII)-nitrat reduziert.Contain chromium nitrate with fumaric acid, the approximate molar ratio of said acid to chromium nitrate preferably in the range of about O, J? : 1 lies. Compounds with much lower acid to chromium ratios are not as useful as adhesion promoters, and those with much higher ratios are subject to gelation during storage. Such compositions are useful as coupling agents for borosilicate glass fibers and polyethylene. It is possible that the non-aqueous complexes contain more homogeneously complexed ("olated") species than the aqueous complexes; however, it has not been proven that such a difference adversely or favorably affects their usefulness. They are most conveniently produced by mixing chromium nitrate nonahydrate with tetrahydrofuran or an alcohol containing 2 to 4 carbon atoms in such proportions that the resulting solution is less than 10%. Contains water, and that organic acids are added to the resulting solution. The reaction takes place spontaneously in the alcoholic medium or in certain other polar, organic media. On the other hand, one can also assume during the production that a concentrated, aqueous solution of CrO 7 is added to a solution of nitric acid in an organic medium; the CrO ^ is initially reduced to CrCIII) nitrate by the organic medium.
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer nichtwässrigen Komplexes mit 0,6 Mol Fumarat je Mol Chrom. This example illustrates the preparation of a non-aqueous complex with 0.6 moles of fumarate per mole of chromium.
231 e (0,58 Mol) Chromnitrat-nonahydrat wurden in 2J80 g Isopropylalkohol gelöst. Die Lösung wurde auf 40° C erhitzt und bei dieser Temperatur 3O Minuten lang gehalten, zu welchem Zeitpunkt die Probe A, die koordinativ komplexiertes Chromnitrat in Isopropanol war, entnommen wurde. Dann wurden 33j 5 S (0*29 Mol) Fumarsäure zugefügt und die231 e (0.58 mol) of chromium nitrate nonahydrate were in 2J80 g Isopropyl alcohol dissolved. The solution was heated to 40 ° C and held at this temperature for 30 minutes, at which point sample A, the coordinated complex Chromium nitrate in isopropanol was taken. Then 33j 5 S (0 * 29 mol) of fumaric acid were added and the
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Lösung wurde zusätzliche 10 Minuten gerührt und bei 40° C erhitzt. Die Lösung wurde au,
wurde die Probe B entnommen.Solution was stirred an additional 10 minutes and heated at 40 ° C. The solution was
sample B was taken.
erhitzt. Die Lösung wurde auf 25° C abgekühlt, und esheated. The solution was cooled to 25 ° C and it
Dieses Produkt enthielt 1,14- % Chrom. Proben für Spektralanalysen, die durch Verdünnen von 3 ml-Proben mittels Wasser auf 25 ml erhalten worden waren, zeigten die nachstehenden Absorptionsmaxima und molaren Extinktionen.This product contained 1.14% chromium. Samples for spectrum analysis, by diluting 3 ml samples with water on 25 ml showed the following absorption maxima and molar absorbances.
Probe γ,. Am γ^ AmSample γ ,. On γ ^ Am
γ,.γ ,.
A 4200 2?,7 5750 18,4A 4200 2?, 7 5750 18.4
B 4100 27,8 5750 30,3B 4100 27.8 5750 30.3
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