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DE2945240A1 - Sterilisable deep-drawable resol resin lacquer prepn. - by reacting bisphenol and formaldehyde in given ratio using tri:alkali phosphate catalyst (J5 19.1.81) - Google Patents

Sterilisable deep-drawable resol resin lacquer prepn. - by reacting bisphenol and formaldehyde in given ratio using tri:alkali phosphate catalyst (J5 19.1.81)

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DE2945240A1
DE2945240A1 DE19792945240 DE2945240A DE2945240A1 DE 2945240 A1 DE2945240 A1 DE 2945240A1 DE 19792945240 DE19792945240 DE 19792945240 DE 2945240 A DE2945240 A DE 2945240A DE 2945240 A1 DE2945240 A1 DE 2945240A1
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formaldehyde
bisphenol
sterilisable
prepn
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Dipl.-Chem. Dr. Wolfgang Beer
Dipl.-Chem. Dr. Dieter Freitag
Dipl.-Chem. Dr. Ferdinand 4150 Krefeld Senge
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Bayer AG
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Abstract

In resol resin prepn. by reacting bisphenol A with HCHO in (iso)butanol as solvent, (a) mol. ratio HCHO:bisphenol A is 1.2:1 to 1.8:1 and (b) the reaction is catalysed by a trialkali phosphate, esp. opt. hydrated tri-Na- or tri-K phosphate.. Use of resol, opt. in combination with epoxy resins, in the prodn. of deep-drawable, sterilisable lacquer films, which are resistant to chemicals, is claimed. The resols are used as metal coatings, casting resins in the prodn. of rods, pipes, blocks and profile parts, in the prodn. of foams, pressed articles and electrical insulators.

Description

ResolharzeResole Resins

Phenolformaldehydharze sind seit langem bekannt. Man unterscheidet sauer und alkalisch kondensierte Harze, für die jeweils die Bezeichnung Novolake und Resole benutzt werden. Unter Novolaken versteht man Harze ohne Methylolgruppen, die in saurem tElieu mit einem Phenolüberschuss hergestellt werden. Resole sind Harze mit freien Methylolgruppen, die in alkalischem Milieu mit einem Formaldehydüberschuss hergestellt werden. Sie härten beim Erhitzen.Phenol-formaldehyde resins have long been known. One distinguishes acidic and alkaline condensed resins, for each of which the designation novolaks and Resole can be used. Novolaks are resins without methylol groups, which are made in acidic tElieu with an excess of phenol. Are resols Resins with free methylol groups, which in an alkaline medium with an excess of formaldehyde getting produced. They harden when heated.

Man unterscheidet bei Resole den A-, B- und C-Zustand; das Harz geht vom schmelzbaren ' und. löslichen A-Zustand (Resol) in den unlöslichen und gummiartigen, aber in Lösungsmittel quellbaren B-Zustand (Resitol), und schließlich in den nicht schmelzenden, unlöslichen festen C-Zustand (Resit) über.A distinction is made between the A, B and C states in resols; the resin goes of the fusible 'and. soluble A-state (resol) in the insoluble and rubbery, but in solvent-swellable B-state (resitol), and finally in the not melting, insoluble solid C-state (Resit) over.

Phenolformaldehydharze im ausgehärteten Zustand sind gegen organische Lösungsaittel, verdünnte Säuren und Alkalien sehr beständig und werden deshalb in großen Mengen, z.B. als Schutzüberzüge für Metall und Holz, als Schaum- stoffe mit feiner Porenstruktur für Isolationszwecke, als Gießharz, Preßmassen, Drahtüberzüge, Klebstoffe, und zum Imprägnieren vcn Gewebe verwendet. Für viele Zwecke sind die üblichen Phenolformaldehydharze allerdings ungeeignet, weil sie leicht dunkelgefärbte Filme bilden und sehr spröde sind. Um eine bessere Elastizität und damit eine bessere Tiefziehfähigkeit für eingebrannte Phenolharzfilme zu erzielen, verwendet man Mischungen aus Phenolharzen mit mindestens 50 eines Epoxidharzes. Dadurch verschlechtert sich die allgemeine Widerstandsfähigkeit bei 12100 gegen Wasserdampf (Sterilisiertest), besonders aber gegen organische Agentien.Phenol-formaldehyde resins in the cured state are against organic Solvents, diluted acids and alkalis are very resistant and are therefore used in large quantities, e.g. as protective coatings for metal and wood, as foam fabrics with fine pore structure for insulation purposes, as casting resin, molding compounds, wire coatings, Adhesives, and used to impregnate fabrics. For many purposes they are conventional phenol-formaldehyde resins, however, unsuitable because they were slightly dark in color Form films and are very brittle. For better elasticity and therefore better Mixtures are used to achieve deep-drawability for stoved phenolic resin films made of phenolic resins with at least 50% of an epoxy resin. This worsens the general resistance to water vapor at 12100 (sterilization test), but especially against organic agents.

Resite auf der Basis von Bisphenol A haben eine hellere Farbe als Resite auf Basis von Phenol. Auf Metall sind solche Resite und Resitepoxidharzkombinationen nicht gleichzeitig farblos und sterilisierbar.Resites based on bisphenol A are lighter in color than Resite based on phenol. On metal, there are such resites and resite epoxy resin combinations not colorless and sterilizable at the same time.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Resolharzen durch Umsetzung von Bisphenol A mit Form aldehyd in Gegenwart von Butarol oder Iso-Butanol, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man pro Mol Bisphenol A 1,2 bis 1,8 Mol Formaldehyd einsetzt, und daß man eii -vmsetzung in Gegenwart eines Tri-Alkaliphosphats als Katalysauer durchführt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind die auf diese Weise erhaltenen Resole sowie ihre Verwendung als Überzugsmittel für Metalle, gegebenenfalls in Kombination mit Epoxioharzen.The invention relates to a process for the production of resole resins by reacting bisphenol A with formaldehyde in the presence of butarol or isobutanol, which is characterized in that 1.2 to 1.8 moles of formaldehyde are used per mole of bisphenol A uses, and that one eii -vmsetzung in the presence of a tri-alkali metal phosphate as Performs a catalyst. The invention also relates to this Resoles obtained in the manner and their use as coating agents for metals, if appropriate in combination with epoxy resins.

Unter Bisphenol A im Sinne dieser Erfindung wird reines Bisphenol A und sogenanntes Bisphenol A II Gualität verstanden. Bisphenol II. Qualit2+ ist ein Gemisch, das wenigstens 96 Gew.-% Bisphenol A enthält und höchstens 4 Gew.-% eines oder mehrerer Bisphenole einer der folgenden Formeln: Es handelt sich hier um das Rohprodukt, das bei der sauer katalysierten Umsetzung vcn Phenol mit Aceton ohne besondere Reinigung arlä'lt.Bisphenol A in the context of this invention is understood to mean pure bisphenol A and so-called bisphenol A II quality. Bisphenol II. Qualit2 + is a mixture that contains at least 96% by weight of bisphenol A and at most 4% by weight of one or more bisphenols of one of the following formulas: This is the crude product that works in the acid-catalyzed reaction of phenol with acetone without any special purification.

Die erfindungsgemäß hergestellten Resolharze sind für sich allein und in KombinatIon mit Epoxidharzen nach Ausfärtung tiefziehfähig, sterilisierbar und chemikalienresistent.The resole resins prepared according to the invention are on their own and in combination with epoxy resins, thermoformable and sterilizable after hardening and chemical resistant.

Die erfindungsgemäßen Resole 'Xörmser erhalten werden durch mehrstündiges Erhitzen von einem Mol Bisphenol mit 1.2 bis 1,8 Mol Formaldehyd (als 30 bis 35%ige wäßrige Lösung) in Isobutanol oder Butanol als Lösungsmittel. Als Katalysatoren werden tri-Alkaliphosphate benutzt, besonders eignen sich Tri-Natriumphosphat und Tri-Kaliumphosphat in reiner und in hydratisierter Form. Die Menge der Katalysatoren entspricht bevorzugt 0,5 bis 0,8 Gew.-% Alkaliionen, bezcgen auf 1 Mol Bisphenol. Die Umsetzung wird im allgemeinen bei 80 bis 110, bevorzugt 90 bis 100°C durchgeführt. Sie dauert 3 bis 8, bevorzugt 5 bis 6 Stunden.The resols according to the invention are obtained by several hours Heating of one mole of bisphenol with 1.2 to 1.8 moles of formaldehyde (as 30 to 35% aqueous solution) in isobutanol or butanol as solvent. As catalysts tri-alkali metal phosphates are used, tri-sodium phosphate and are particularly suitable Tri-potassium phosphate in pure and hydrated form. The amount of catalysts corresponds preferably to 0.5 to 0.8% by weight of alkali ions, based on 1 mole of bisphenol. The reaction is generally carried out at from 80 to 110.degree. C., preferably from 90 to 100.degree. It takes 3 to 8, preferably 5 to 6 hours.

Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches ist denkbar einfach. Nach Reaktionsende wird mit verdünnter Phosphorsäure ein pH-Wert von 2 bis 2,5 eingestellt, die wäßrige Phase wird abgetrennt, die organische Phase dann bei einem pH von 2 durch azeotrope Destillation von Restmengen an Wasser befreit und bis zum gewünschten Feststoff aufRonzentriert.Working up the reaction mixture is very simple. To At the end of the reaction, a pH of 2 to 2.5 is set with dilute phosphoric acid, the aqueous phase is separated off, the organic phase then at a pH of 2 freed from residual amounts of water by azeotropic distillation and up to the desired Solid concentrated on.

Die Härtung des Resols zum Resit erfolgt aus einer Lösung des Resols mit Zusatz von Epoxidharz (wie Epikote 1007 der Fa. Shell) in einem typischen Lackträger, wie Butanol, Isobutanol, 3enzol/But2nol, Ethylacetat, Xylol, Ethylglykolacetat oder Methyl-ethyl-keton, die als dünner Film auf eine Metallfläche aufgebracht wird. Der Lösung können die üblichen verlaufsfördernden Mittel zugesetzt werden.The resole is hardened to form a resist from a solution of the resole with the addition of epoxy resin (such as Epikote 1007 from Shell) in a typical paint carrier, such as butanol, isobutanol, 3enzene / But2nol, ethyl acetate, xylene, ethyl glycol acetate or Methyl ethyl ketone, which is applied as a thin film to a metal surface. The usual flow-promoting agents can be added to the solution.

Durch Erhitzung aul 100 bis 300°C, vorzugsweise auf 120 bis 200°C, verhält man einen unlöslichen Lack, der die oben angegebenen Eigenschaften besitzt. Die härtung kann auch in Gegenwart von katalytischen engen von Säuren, wie Phosphorsäure, Oxalsäure, p-Toluolsulfonsäure, Borsäure oder Milchsäure, durhgeführt werden.By heating to 100 to 300 ° C, preferably to 120 to 200 ° C, one behaves an insoluble lacquer which has the properties given above. Curing can also be done in the presence of catalytic close of acids, such as phosphoric acid, Oxalic acid, p-toluenesulfonic acid, boric acid or lactic acid.

Die erfindungsgemäßen Resole eignen sich auch zur Herstellung von Blöcken, Platten, Stangen, Rohren und Profilteilen (Anwendung als Gießharze), zur Herstellung von Schaumstofen und, unter Druck und Hitze mit oder ohne Füllstoffe, zur Herstellung von Preßkörpern.The resols according to the invention are also suitable for the production of Blocks, plates, rods, tubes and profile parts (used as casting resins) for Manufacture of foam stoves and, under pressure and heat, with or without fillers, for the production of compacts.

Auch auf den sonstigen Anwendungsgebieten für Resolharze aus Phenol lassen sich die erfindungsgemäßen Resole vorteilhaft einsetzen. Die erfindungsgemäßen Resite eignen sich außerdem vorzüglich für Elektroisolierzwecke.Also in the other areas of application for resol resins made from phenol the resols according to the invention can be used advantageously. The invention Resites are also ideal for electrical insulation purposes.

Beispiel 1 1596 g (7 Mol) Bisphenol A und 44 g Na3P04 12 H20 (0,5 Gew.-% Na+, bezogen auf Bisphenol A) werden in 1596 g n-Butanol bei 62°C gelöst. Nach Zugabe von 910 g (9,1 Mol) 30%iger wäßriger Formalinlösung (danach pH = 9) wird in 1 Stunde auf 91°C erhitzt und 5,5 Stunden bei S1 bis 9600 unter Rückfluß gerührt (pH 7,0; Formalin-frel). Dann wird mit 49 g 85iger Phosphorsäure ein pH von 2 - 2,5 einem stellt, 1 Stunde bei 90°C absitzen lassen und danach ~318 g wäßrige Phase (unten) abgetrennt. Die organische Phase wird anschließend 6 Stunden bei 42 bis 52°C Sumpftemperatur/112-16 Torr azeotrop entwässert (476 g Wasser).Example 1 1596 g (7 mol) of bisphenol A and 44 g of Na3 PO4 12 H20 (0.5 % By weight Na +, based on bisphenol A), is dissolved in 1596 g of n-butanol at 62 ° C. After adding 910 g (9.1 mol) of 30% aqueous formalin solution (thereafter pH = 9) is heated to 91 ° C in 1 hour and 5.5 hours at S1 to 9600 under reflux stirred (pH 7.0; formalin-frel). Then, with 49 g of 85% phosphoric acid, a pH from 2 - 2.5 one, let settle for 1 hour at 90 ° C and then ~ 318 g aqueous Phase (below) separated. The organic phase is then 6 hours at 42 Azeotropically dehydrated up to 52 ° C sump temperature / 112-16 Torr (476 g water).

Die crganische Lösung ird durch Abdestillation von ca.The organic solution is distilled off from approx.

270 g n-Butanol bei 48 - 550C/20 Torr auf~60 % Feststoff aufkonzentriert und filtriert.270 g n-butanol at 48-550C / 20 Torr concentrated to ~ 60% solids and filtered.

2988 g Resolharz, 63%ig in n-Butanol Viskosität einer 60%igen Lösung ~ 540 m.Pa s Phenol-frei Formalin-frei Beispiel 2 Wie Beispiel 1, jedoch mit 25,3 g K3P04 , 3 H20 (= 0,7 Gew.-% K+, bezogen auf Bisphenol A) als Katalysator.2988 g resole resin, 63% in n-butanol viscosity of a 60% solution ~ 540 m.Pa s phenol-free formalin-free Example 2 As Example 1, but with 25.3 g K3P04, 3 H20 (= 0.7 wt .-% K +, based on bisphenol A) as a catalyst.

Ausbeute 3115 g Resolharz, 60,5%ig in n-Butanol Viskosität einer 60%igen Lösung N570 m.Pa s Phenol-frei Formalin-frei Beispiel 3 Wie Beispiel 1, jedoch mit 1050 g (10,5 Mol) Formalin.Yield 3115 g of resole resin, 60.5% in n-butanol, viscosity of 60% Solution N570 m.Pa s phenol-free formalin-free Example 3 Same as example 1, but with 1050 g (10.5 mol) of formalin.

Ausbeute 3240 g Resolharz, 60%ig in n-Butanol Viskosität 553 m.Pa s Phenol-frei Formalin-frei Beispiel 4 Wie Beispiel 1, jedoch mit einem Bisphenol A II. Qualität.Yield 3240 g resol resin, 60% in n-butanol, viscosity 553 m.Pa s Phenol-free Formalin-free Example 4 As Example 1, but with a bisphenol A II. Quality.

Die Viskosität der 60,7 - 61,3%igen n-butanolischen Resolharzlösung liegt bei 758 m.Pa s.The viscosity of the 60.7-61.3% n-butanolic resol resin solution is at 758 m.Pa s.

Beispiel 5 Wie Beispiel 1, jedoch in Isobutanol als Lösungsmittel.Example 5 As Example 1, but in isobutanol as solvent.

Die Viskosität der 58,8 - 59, 00/oigen isobutanolischen Resolharzlösung liegt bei 1562 m.Pa s.The viscosity of the 58.8-59.00 per cent isobutanolic resole resin solution is 1562 m.Pa s.

Vergleichsbeispiel Ausführung wie BeispIel 1, jedoch mit 0,5 Gew.-% Na+ in Form von wäßriger Natronlauge als Katalysator (ph 9 vor Reaktionsbeginn).Comparative example Execution as Example 1, but with 0.5% by weight Na + in the form of aqueous sodium hydroxide solution as a catalyst (pH 9 before the start of the reaction).

Härtung der Resol-Epoxidharz-Kombinationen (aus 60%igen Lösungen in Butanol) zu Resiten und Eigenschaften der Resite.Curing of the resol-epoxy resin combinations (from 60% solutions in Butanol) on resites and properties of the resites.

Einbrennbedingungen: 10 Minuten 200°C unter Zusatz von 0,6 % Phosphorsäure, bezogen auf feste Bindemittelkombinationen, und unter Mitverwendung von 0,2 % eines Silikonharzes BYK 300, bezogen auf Lackrezeptur.Stoving conditions: 10 minutes at 200 ° C with the addition of 0.6% phosphoric acid, based on solid binder combinations, and using 0.2% of one BYK 300 silicone resin, based on the paint formulation.

Das Verhältnis Resolharz : Epoxidharz Epikote 1007 der Fa. Shell wurde dabei so gewählt, daß nach 100 Doppelhüben mit einem mit MEK-getränkten Wattebausch unter 1 kp Belattung dir Lackfilm hart bleibt.The ratio of resol resin: epoxy resin Epikote 1007 from Shell was chosen so that after 100 double strokes with a cotton ball soaked with MEK under 1 kp lathing you varnish film remains hard.

Beispiel 6 Beispiel 1 wird wiederholt,aber statt 910 g werden 1260 g der 30 %igen wäßrigen Formaldehydlösung zugefügt.Example 6 Example 1 is repeated, but instead of 910 g, 1260 g of the 30% strength aqueous formaldehyde solution was added.

Ausbeute 3279 g Resolharz, 61 Eig in n-Butanol, phenolfrei, formalinfrei.Yield 3279 g of resole resin, 61 Eig in n-butanol, phenol-free, formalin-free.

Die lacktechnischen Werte entsprechen denen des Beispiels 2. Vergleichs-Beispiel 1 2 3 4 5 beispiel Verhältnis Resolharz: Epoxidharz Epikote 1007 der Fa. Shell: 40:60 40:60 35:65 35:65 35:65 40:60 Auftragsmenge g/m² 5,9 6,4 6,0 6,3 6,6 6,6 MEK-Wischtest, Druck 1 kp 100xhart 100xhart 100xhart 100xhart 100xhart 100xhart Tiefzug*) - 25 mm Radien am Prüfkörper: 10 mm 3-4 3-4 3-4 3-4 3-4 5 15 mm 1-2 2-3 3 1 0-1 5 20 mm 0 0 0 0 0 1-2 25 mm 0 0 0 0 0 0 Sterilisationsfestigkeit*) Radien am Prüfkörper: 10 mm 4 4 4 4 3-4 5 15 mm 3 3 3-4 1 1-2 5 20 mm 0 0 0 0 0 3 25 mm 0 0 0 0 0 2 *) Bewertung nach DIN 53 230 0 bester Wert 5 = schlechtester WertThe technical paint values correspond to those of Example 2. Comparison example 1 2 3 4 5 example ratio of resol resin: epoxy resin Epikote 1007 from Shell: 40:60 40:60 35:65 35:65 35:65 40:60 Application quantity g / m² 5.9 6.4 6.0 6.3 6.6 6.6 MEK wipe test, Pressure 1 kp 100xhard 100xhard 100xhard 100xhard 100xhard 100xhard Thermoforming *) - 25 mm Radii on the test piece: 10 mm 3-4 3-4 3-4 3-4 3-4 5 15 mm 1-2 2-3 3 1 0-1 5 20 mm 0 0 0 0 0 1 - 2 25 mm 0 0 0 0 0 0 Sterilization resistance *) Radii on the test specimen: 10 mm 4 4 4 4 3-4 5 15 mm 3 3 3-4 1 1-2 5 20 mm 0 0 0 0 0 3 25 mm 0 0 0 0 0 2 *) Evaluation according to DIN 53 230 0 best value 5 = worst value

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Resolharzen durch Umsetzung von Bisphenol A mit Formaldehyd in Gegenwart von Butanol oder Isobutanol, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man pro Mol Bisphenol A 1,2 bis 1,8 Mol Formaldehyd einsetzt, und daß man die Umsetzung in Gegenwart eines Trialkaliphosphats als Katalysator durchÎührt.Claims: 1. Process for the production of resol resins by Reaction of bisphenol A with formaldehyde in the presence of butanol or isobutanol, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that one mole of bisphenol A 1.2 to 1.8 moles of formaldehyde are used, and that the reaction is carried out in the presence of a trialkali phosphate carried out as a catalyst. 2. Resolharze, erhalten gemäß Anspruch 1.2. Resole resins obtained according to claim 1. 3. Verwendung der Resolharz gemäß Anspruch 1, gegebenenfalls in Kombination mit Epoxidharzen, zur Herstellung von tiefziehfähigen, sterilisierbaren und chemikalienresistenten Lackiilmen.3. Use of the resole resin according to claim 1, optionally in combination with epoxy resins, for the production of thermoformable, sterilizable and chemical-resistant Lackiilmen.
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