Brevet FR2067005A1 — publié le 19710813

On sait déjà préparer des polyesters-polyols par polymérisation de lactones à l'aide de composés organiques qui provoquent l'ouverture du cycle lactonique, en employant comme amorceurs d'ouverture de cycle des composés qui contiennent au moins un groupe hydroxyle 5 ou aminé. Cette polymérisation se fait à une température comprise entre 50°C et 300°C, de préférence en présence d'un catalyseur (demande de brevet allemand DAS 1- 217 019). • L'inconvénient de ce procédé est que la lactone employée doit être anhydre, sans quoi l'indice d'acide du polymère est .trop 10 élevé. . La présente invention a pour but la préparation de polyesters-polyols de masse moléculaire déterminée, à groupes hydroxyle terminaux. t On a découvert qu'on pouvait préparer des polyesters-polyols éventuellement ramifiés par polymérisation de lactones de formule 15 générale R - CH - (CR0) -0=0 . I 2 n | 0 1 où R représente un radical alkyle en ou de préférence un atome 20 d'hydrogène et où n = 4 ou 5, à l'aide dê composés qui provoquent l'ouverture du cycle lactonique, de préférence à chaud et éventuellement sous pression, en présence d'un catalyseur, en polymérisant la lactone en présence de petites quantités d'eau, d'un ou plusieurs oxydes d'alkylène inférieurs, éventuellement d'un ou plusieurs 25 diépoxydes, d'un catalyseur connu d'hydrolyse des lactones résistant à l'hydrolyse, et éventuellement d'un catalyseur d'hydroxyalkylation. On peut régler à volonté la masse moléculaire moyenne en agissant sur la quantité d'eau employée. Selon la masse moléculaire voulue, on peut faire varier le rapport moléculaire eau/lactone en-30 tre 1/100 et 1, en particulier entre 1/30 et 1/4. Ces dernières limites correspondent à une masse moléculaire moyenne comprise entre 500 et 3 000. Les oxydes d'alkylène inférieurs peuvent être employés en quantité équimoléculaire par rapport à l'eau. Pour obtenir une hy-35 droxyalkylation aussi complète que possible des groupes carboxyle terminaux",- il est avantageux d'employer un excès d'oxyde d'alkylène allant jusqu'à 6 équivalents. Les oxydes d'alkylène se combinent en quantité à peu près équimoléculaire par-rapport à l'eau ; l'excès est facile à récupérer. 70 37641 2067005 On peut aussi obtenir des polyesters-polyols ramifiés au lieu de polyesters-polyols linéaires en employant en même temps que les oxydes d'alkylène un ou plusieurs diépoxydes. Il est particulièrement avantageux d'employer 0,5 molécule de diépoxyde par mole-5 cule d'eau. Conformément à l'invention, la polymérisation se fait en présence d'un catalyseur connu de polymérisation des lactones qui résiste à l'hydrolyse. Parmi ces catalyseurs figurent les hydroxydes et carbonates alcalins et alcalinoterreux, les acides, l'acétate de 10 manganèse, l'acétate de plomb, le borate de zinc et en particulier les catalyseurs de trans-estérification tels.que les titanates, les composés organiques de l'étain, par exemple l'oxyde dibutylstannique, et en particulier les zirconates et les sels de zirconium tels que l'octanoate de zirconium, ainsi que les mélanges de ces composés. On 15 emploie ces catalyseurs aux doses usuelles de 0,005 5^ à 0,5 ^ en poids par rapport à -la lactone. On peut aussi éventuellement poly-mériser en présence d'un catalyseur d'hydroxyalky-lation. Parmi ces catalyseurs figurent en particulier les aminés tertiaires telles que la triéthylène-diamine, les dialkyl-amides d'acides carboxyli-20 ques tels que le diméthylformamide et le diméthylacétamide, ainsi que les composés organiques du zirconium et les composés du titane, tels que le titanate de titane-tétrastéaryle, le glycolat-e de titane et l'octanoate de zirconium. On les emploie aux doses usuelles d'environ 0,05 i° à 0,5 i° en poids par rapport à la lactone. 25 Comme lactone de départ on emploie l'hexanolide (composé préféré) ou les méthyl-hexanolides. Parmi les oxydes d'alkylène inférieurs (en C^-Cg) utilisables figurent l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène., l'oxyde de 1,2-butylène, 1'épichlorhydrine et les éthers glycidiques. 30 Parmi les diépoxydes, on emploie de préférence ceux qui pos sèdent deux groupes d'égale réactivité, tels que le diépoxyde de butadiylène. Parmi les autres diépoxydes utilisables figurent les éthers diglycidiques du glycol, du 1,3-butanediol, du 1,4-butanediol, de l'hydroquinone, le 1,2,3,4-diépoxyhexane, le 1,2,3,4-diépoxy-35 1,2,3,4-tétrahydronaphtalène (phénylène diéthylène oxyde) l'époxy-cyclohexyl-époxyéthane, le 3,4,9,10-diépoxytricyclo / 5.3.0.0J décane (diépoxyde du dicyclopentadiènè), ainsi que tous les diépoxydes de formule générale BAD ORIGINAL 70 37641 3 2067005 CH» - CH - X - CH - CH. ^x/ \/ 2 0 0 où X représente : a) un groupe ■ alkylène, cycloalkylène ou arylène. • 5 ou b) un groupe M-Z-N, Z représentant un atome d'oxy gène ou de soufre M et N représentant chacun un groupe alkylène, cycloalkylène, arylène ou arylalkylène. • Il est avantageux d'effectuer la réaction dans une atmosphère de gaz inerte, tel que l'azote ou un gaz rare, afin d'éviter les 10 colorations par oxydation. - Dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on peut par exemple.introduire les réactifs et le(s) catalyseur(s) dans un autoclave, chasser l'air de l'autoclave par un courant d'azote, introduire de l'azote sous pression jusqu'à environ 30 atmosphères 15 et chauffer à 170°C en agitant pendant cinq heures. On chauffe ensuite à 120°C sous vide pendant une demi-heure, afin d'éliminer les réactifs non transformés. Les catalyseurs restent dans le produit s'ils ne sont pas volatils dans les conditions de transformation. ■ Par rapport aux procédés connus de préparation des polyesters 20 polyols, l'avantage est d'éviter l'introduction d'un polyol préparé à partir d'un oxyde d'alkylène et d'eau en présence d'un catalyseur qu'il faut ensuite éliminer. D'autre part, il n'est pas nécessaire de partir d'une lactone anhydre, ce qui rend le procédé moins coûteux Les polyesters-polyols obtenus suivant l'invention peuvent 25 être employés comme polyols dans la chimie des polyuréthanes, comme plastifiants, comme lubrifiants, et dans la fabrication des vernis -et des résines synthétiques. EXEMPLE 1 Dans un autoclave rempli d'azote, on. introduit 482 g de 3 30 6-hexanolide, 18 g d'eau, 75 cm d'oxyde d'éthylène, 0,25 g d'oxyde 3 dibutylstannique et 1 cm de diméthylformamide. On porte la pression d'azote à 30 atmosphères, et on chauffe à 170°C pendant deux heures. On élimine ensuite les produits volatils sous vide à 120°C. Indice d'hydroxyle : 209 35 Indice d'acide : 0,25 Masse moléculaire : 537 EXEMPLE 2 Réactifs -: 482 g de 6-hexanolide, 18-g d'eau, 145 g d'oxyde de 70 37641 .2067005 propylène, 0,25 g d'oxyde dibutylstannique, 1 g d'octanoate de zirconium. Même mode opératoire que dans l'exemple 1. Temps de réaction : 1 ,5 heures Indice d!hydroxyle : 1 96 ' ... 5 Indice d'acide : 0,1 Masse moléculaire :-572 EXEMPLE 3 . - 3 Réactifs : 4-9-1 g de- 6-hexanolide, 9 g d'eau,.62,5 cm d'oxyde d'éthylène, 0,25 g d'oxyde dibutylstannique, 1 g d'octanoate de 10 zirconium. Même mode opératoire que dans l'exemple 1. Temps de réaction : 1 heure Indice d'hydroxyle : 110 Indice d'acide : - 0,1 Masse moléculaire : 1 015 15 EXEMPLE 4 3 Réactifs : 991 g de 6-hexanolide, 9 g d'eau, 62,5 cm d'oxyde d'éthylène, 0,5 g d'oxyde dibutylstannique, 2 g d'octanoate de zirconium. Même mode opératoire que dans l'exemple 1.. \ . Temps de réaction : 1,5 heures 20 Indice d'hydroxyle 57 Indice d'acide : 0,2 Masse moléculaire : 1970 EXEMPLE 5 Réactifs : 500 g de 6-hexanolide (à 0,023 i° d'eau), 0,25 g d'oxyde 3 25 dibutylstannique, 2 g d'octanoate de zirconium, 13 cm d'oxyde d'éthylène. Même mode opératoire que dans l'exemple 1. . . Temps de réaction : 3 heures Indice d'hydroxyle : 8,65 Indice d'acide : 0,35 30 Masse moléculaire : 12 000 (environ) EXEMPLE 6 On introduit dans un autoclave 1140 g de 6-hexanolide, 10,7 g d'eau, 52 g de diéther glycidique de 1'éthylène-glycol, 150 g d'oxyde de propylène, 2 g d'octanoate de zirconium, 1 g de triéthylène-diamine. 35 On injecte de l'azote jusqu'à 15 atmosphères et on chauffe à 170°C • pendant cinq heures. On élimine ensuite les produits volatils sous vide à 120°C. Indice d1hydroxyle : 112,0 Indice d'acide : 0,1 ^ BAD ORIGINAL 70 37641 5 2067005 Masse moléculaire trouvée : 2 000 Masse moléculaire calculée : 2025.(On ne tient pas compte de l'oxyde de propylène copolymérisé, qui représente au maximum 1 mole par mole de polymère.) 5 EXEMPLE 7 On introduit dans un autoclave 881. g de. 6-hexanolactone, 3 18 g d'eau, 101 g de diéther glycidique du 1,3-butanediol, 200 cm d'oxyde d'éthylène, 0,5 g d'oxyde dibutylstannique, 2 g d'octanoate de zirconium. On injecte de l'azote jusqu'à 30 atmosphères. On chauf-10 fe à 170°C pendant 2,5 heures et on élimine les produits volatils sous vide à 120°C. Indice d'hydroxyle : 210 Indice d'acide : 0,1 Masse moléculaire trouvée : 1065 15 Oxyde d'éthylène copolymérisé : 0,7 mole par mole de polymère Masse moléculaire calculée : 1031 EXEMPLE 8 Réactifs : 381 g de 6-hexanolide, 18 g d'eau, 101 g dé- dié- 3 ther glycidique du 1,3-butanediol, 200 cm d'oxyde d'éthylène, 0,25 g 20 d'.oxyde dibutylstannique, 1 g d'octanoate de zirconium. Même mode opératoire que dans l'exemple 7. Temps de réaction : 2 heures Indice d'hydroxyle :403 Indice d'acide : 0,15 25 Masse moléculaire trouvée : 557 Oxyde d'éthylène copolymérisé : 0,4 mole par mole de polymère Masse moléculaire calculée : 518 70 37641 6 2067005 REVEND I~ CATIONS 1Procédé de préparation de polyesters-polyols éventuellement ramifiés, de masse moléculaire moyenne comprise entre environ 300 et 3 000, par polymérisation de lactones de formule générale R - CH - COEg) -0=0 o — où R représente un radical alkyle en 0^-C^ ou de préférence un atome d'hydrogène et où n = 4 ou 5, sous. Inaction de composés qui favorisent l'ouverture du cycle lactonique, de préférence à chaud et éven- 10 tuellement sous pression, en présence d'un catalyseur, caractérisé par la présence d'eau, d'un ou plusieurs oxydes d'alkylène inférieurs, éventuellement d'un ou plusieurs diépoxydes, d'un catalyseur de polymérisation des lactones connu et résistant à l'hydrolyse, et éventuellement d'un catalyseur drhydroxyalkylation. 15 2.- Procédé suivant, la revendication 1, dans lequel on opère en présence de 0,01 à 0,1 mole, de préférence 0,03 à 0,5 mole d'eau par mole de lactone. 3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel on emploie une quantité d'oxyde d'alkylène équimoléculaire 20 par rapport à la quantité d'eau ou de préférence un excès allant jusqu'à 6 équivalents, et éventuellement une quantité de diépoxyde égale à 0,5 mole par molécule d'eau. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel on emploie couime catalyseur de polymérisation un cata- 25 lyseur de trans-estérification, de préférence l'oxyde dibutylstannique ou un titanate ôu zirconate organique résistant à l'hydrolyse. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en 'ce qu'on emploie comme catalyseur d'hydroxyalkyla-tion de préférence des titanates ou zirconates organiques, des aminés 30 tertiaires ou des dialkylamides d'acides carboxyliques.