Brevet FR2111806A1 — publié le 19720609

On connaît des procédés de préparation de polyesterimides qui sont par exemple décrits dans les brevets EUA 2.421.024 et 3.435-002, le "brevet allemand 1.181.198 et les demandes de "brevets allemande publiées avant examen sous les ÏT° 1.445.263 et 5 1.495.100. Selon ces publications, on suit essentiellement deux techniques opératoires. Dans l'une, la préparation des polyesteri-mides se déroule comme celle des résines polyesters par estérifi-cation d'acides dicarboxyliques avec des polyalcools. Dans ce cas, on utilise comme substances de départ des acides dicarboxyliques 10 ou 20 Un des'inconvénients essentiels des acides diimidedicarbo xyliques ou des diimidediols est leur'très mauvaise solubilité dans les solvants usuels et le fait qu'ils ne peuvent être fondus, aux températures utilisées pour la préparation des polyesters. C'est ainsi en particulier que les acides diimidedicarboxyliques 25 renfermant des noyaux aromatiques entre les cycles imides tels qu'ils résultent par exemple de la réaction de 2 moles d"anhydride triméllitique et de 1 mole de 4,4-diaminodiphénylméthane, sont très faiblement solubles. Par ailleurs, les polyestérimides renfermant une forte proportion de noyaux aromatiques dans la molé-30 cule sont particulièrement intéressants à cause de leur bonne stabilité thermique. • Du fait de la mauvaise solubilité des acides diimidedicarboxyliques ou des diimidediols qui, selon l'une des techniques opératoires connues, sont utilisés en tant que tels ou se forment 35 au cours du procédé, ces réactions exigent une mise en oeuvre technique importante. Etant donné d'autre part que les composés difficilement solubles n'entrent que lentement en solution au fur et à mesure de l'avancement de la réaction, les résines de polyes-térimide ne peuvent pas être préparées à des concentrations éle-40 vées suivant ce procédé, ce qui accroît fortement les dépenses 71 37830 2 2111806 d'appareillage et les frais de fabrication. De plus, la réaction d'une substance solide à des températures élevées donne très facilement lieu à des surchauffes locales, d'où il peut résulter des produits avec des degrés de condensation élevés variables. Un 5 autre inconvénient enfin tient au fait que, par suite de la faible réactivité des acides diimidedicarboxyliques, seuls les polyalcools aliphatiques conviennent pour la préparation des polyes-térimides. La deuxième technique opératoire connue se déroule d'une 10 façon analogue au procédé de préparation des polyimides, savoir que l'on fait réagir un dianhydride d'acide tétracarboxylique avec une diamine dans un solvant organique. On obtient les dianhydri-des d'acides tétracarboxyliques spécialement prévus pour une telle application soit à partir d'un dérivé très réactif tel que l'es-15 ter phénylique d'un anhydride d'acide tricarboxylique et d'un dioîL, soit à partir d'un diacétate d'un diol et de l'anhydride d'acide tricarboxylique. En tout état de cause les dianhydrides d'acides tétracarboxyliques porteurs de groupes esters sont d'une préparation difficile et onéreuse. C'est pour toutes ces raisons que les 20 deux voies pour la préparation des polyesterimides suivies jusqu'ici ne se sont pas imposées à l'échelle industrielle. On vient de trouver de façon surprenante un procédé simplifié pour l'obtention de polyestérimides dans lequel il ne se forme pas de produits intermédiaires difficilement solubles de sorte 25 qu'il est possible d'opérer à des concentrations plus élevées. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que l'on obtient des résines de polyestérimide améliorées qui donnent des vernis électroisolants dont les propriétés vis-à-vis de l'électricité sont améliorées. 30 Ce procédé selon l'invention pour la préparation de poly- estérimides par chauffage de diamines aromatiques diprimaires, de polyalcools et d'acides tricarboxyliques ou de leurs anhydrides dans un solvant organique à des températures d'au moins 165°C est caractérisé par le fait que l'on introduit dans une solution de 35 diamine et d'un polyalcool dans le solvant organique, portée à au moins 165°C, l'acide tricarboxylique ou son anhydride de façon que la température du mélange ne descende pas au-dessous de 165°C et que, après la fin de l'addition, on condense le mélange jusqu'à la viscosité désirée à une température supérieure à celle du mé-40 lange. 71 37830 3 21T1806 Gomme diamines aromatiques diprimaires, on peut par exemple utiliser la p-phénylènediaminé, la m-phénylènediaminé, la benzi-dine, le 4,41 -diaminodiphénylmétliane ou l'éther 4,4,-diaminodiphé-nylique. On peut aussi utiliser en même temps, dans une faible ^ proportion, des diamines aliphatiaues sans réduire notablement la stabilité thermique. L'utilisation simultanée de diamines alicy-cliaues diprimaires est également possible. La diamine diprimaire préférée est le 4,4,-diaminodiphénylméthane. Gomme polyalcools utilisables, on peut citer des alcools 10 aliphatiques comme le glycol, le propanediol, le 1,2-butanediol, le 1,4-néopentylglycol, le triméthylolpropane et autres. Comme triols ou polyalcools, on peut par exemple citer la glycérine, l'isocyanurate de tris(2~hydroxyéthylène), la pentaérythrite ou le mari ni toi. On peut étalement mettre en oeuvre des diols aroma-15 tiques seuls ou en combinaison avec des diols aliphatiques, tels que l'hydroquinone, la résorcine, le bisphénol A ou le 4s4*-dihy~ droxydiphénylméthane, Parmi les acides tricarboxyliques aromatiques ou leurs anhydrides, on préfère X'aaàydriâe vrimêllitiquo® 20 Comme solvants o~?ganxoues conviennent des solvants polaires tels que le cré&ol ou la ZT-riiéthylpyrrolidone, le erésol étant le solvant préféx'é. A côté des acides tx'i-.-arboxyliqiies, on peut le osas échéant co-estérifier également des acides dicarboxyliques. Dans ce cas, 25 il faudra veiller à les mettre en oeuvre sous une forme facilement estérifiable. Comme acides dicarboxyliques co-estérifiables? on peut citer l'acide téréphtalique, l'acide isophtalique, l'acide 4,4'-benzophénonedicarboxylique ou leurs dérivés générateurs d'esters. 30 Dans le procédé selon l'invention, on ne devra en aucun cas descendre au-dessous d'une température de 1S5°C5 ^ise en présence des constituants réactionnels ayant lieu de préférence entre 175 et 185°G. .L'addition des acides tricarboxylique s peut s'effectuer aus— 35 si bien sous forme solide qu'en solution. Dans le cas de l'addition d'une solution de l'acide tricarboxylique, les concentrations devront être choisies de façon que la concentration globale du mélange réactionnel ne tombe pas au-dessous de 50 %. Le procédé selon l'invention permet la préparation de poly-40 estérimides en phase soluble sans qu'il en résulte un produit 71 37830 4 2111806 intermédiaire insoluble ou difficilement soluble comme c'était le cas avec les procédés connus. Le mécanisme réactionnel du procédé selon l'invention n'est pas entièrement élucidé; il faut cependant admettre que, dans les conditions du présent procédé, les ^ acides tricarboxyliques mis en oeuvre ou leurs anhydridesréagissent aussi bien avec le groupe anhydride qu'avec le groupe carbo-xyle de sorte qu'il ne se forme pas d'acides diimidedicarboxyliques en tant que tels mais que, simultanément avec la réaction entre le groupe anhydride et le groupe amino, il se produit une -10 réaction sur le groupe carboxyle. La suppression d'une étape intermédiaire en phase insoluble ou difficilement soluble dans le présent procédé constitue un gros avantage vis-à-vis de l'état de la technique car, à l'échelle industrielle surtout, des solutions peuvent être plus facile-15 ment traitées que des bouillies ou des suspensions. De plus, on parvient à une condensation plus régulière en opérant en solution pendant la totalité du processus et il est possible de travailler à des concentrations plus élevées, ce qui accroît par ailleurs l'économie du procédé. Grâce au procédé selon l'invention, il est 20 possible de préparer des produits comportant une fraction élevée d'imide dans la. molécule. Les avantages liés à la technique opératoire entraînant parallèlement une amélioration des propriétés des polyestérimides. En raison de la régularité accrue du degré de condensation, on 25 obtient, lors de l'application des polyestérimides comme vernis, un meilleur comportement et une composante d'ondulation électrique propre à l'imide moins prononcé qu'avec les polyestérimides correspondants préparés selon les procédés connus. Ceci est d'une importance particulière lors de la transformation des polyestéri-30 mides en vernis isolants pour conducteurs. Un autre avantage particulier du procédé selon l'invention tient au fait que, dans ce procédé, on peut également mettre en oeuvre des composés tels que des diols aromatiques qui, dans les procédés connus, n'ont pu être utilisés que grâce à des expédients 35 ou à des moyens techniques détournés. Les polyols aromatiques sont difficiles à estérifier de sorte que des polyestérimides obtenus à partir de polyols aromatiques seuls n'ont pas pu être préparés selon les procédés connus jusqu'ici» Il est extrêmement surprenant et avantageux: que, selon le présent procédé, on puisse non 40 seulement utiliser des polyols aromatiques simultanément avec des 71 37830 5 2111806 polyols aliphatiques mais également, en tant que polyalcools, mettre en oeuvre des polyols aromatiques seuls. les polyestérimides obtenus par le procédé conforme à l'invention se prêtent à la confection de pellicules, de feuilles, de 5 fibres et d'autres objets moulés et surtout à la préparation de vernis pour les besoins d'isolation électrique» Les exemples suivants servent à illustrer l'invention. EXEMPLE 1 A 230 g de crésol, on ajoute 38 g d'éthylglycol, 30 g de 10 glycérine et 150 g de 4,4,-diaminodiphénylméthane dans un ballon de deux litres à trois tubulures équipé d'un réfrigérant à reflux, d'un séparateur d'eau, d'un agitateur et d'un thermomètre de contact et on chauffe à 175°C« A cette température, on ajoute lentement 238 g d'anhydride triméllitique de façon que la température 15 ne descende pas au-dessous de 175°C» On chauffe ensuite à 200°C et on condense à cette température pendant cinq heures. EXEMPLE 2 Dans un ballon de 2 1. à 3 tubulures muni d'un réfrigérant à reflux, d'un séparateur ôt'eau, d'un agitateur et d'un thermomè-20 "tre de contact, on ajoute à 250 g de crésol, 46 g d'éthylèneglycdL 130 g d'isocyanurate de tris-(2-hydroxyéthy34>, 99 g de 4,4'-diami-nodiphénylméthane et 97 g de- téréphtalate de diméthyle en même temps que 0,3 g d'acétate de zinc et 0,3 g de titanate de butyle et on chauffe pendant 3 heures à 180°C. On ajoute alors 192 g 25 d'anhydride triméllitique de façon que la température ne descende pas au-dessous de 170°C. On chauffe ensuite pendant 3 heures à 200°G. On poursuit la" condensation pendant 10 minutes sous le vide d'une trompe à eau. On transforme 500 g de ce mélange, par mélange avec 230 g de benzène et 160 g de xylène et avec addition 30 de 0,ffede titanate de butyle, en un vernis qui, à un extrait sec de 33 %, présente une viscosité de 120 sec. à 20°G (essai normalisé du bêcher DIN de 4 mm). Sur une vernisseuse à fils verticale de 4,5 m de long, on applique le vernis à une température de 450°C et avec une vitesse 35 de défilement de 7 m/min. sur un fil de cuivre de 1 mm. Le fil verni obtenu possédait les propriétés suivantes : Allongement des fibres externes 100 % Ghoc thermique 1 f 0 220°C i.O. Température de ramollissement 340°C 71 37830 2111806 Dureté superficielle chaque fois après séjour pendant 30 minutes à 60°C 3 H dans le "benzène 3 H dans l'éthanol 3 H 5 dans l'acétone 3 H EXEMPLE 3 Dans un ballon de 2 1 à trois tubulures muni d'un réfrigérant à reflux, d'un séparateur d'eau, d'un agitateur et d'un thermomètre de contact, on ajoute à 250 g de crésol, 46 g d'éthylène-10 glycol, 130 g d'isocyanurate de tris-(2-hydroxyéthyle), 99 g d'é-ther 4,4'-diaminodiphénylique, 97 g de téréphtalate de diméthyle ainsi que 0,3 g d'acétate de zinc et 0,3 g de titanate de butyle et on chauffe pendant 3 heures à 180°C. On ajoute alors 192g d'anhydride triméllitique et on veille à'ce que la température ne des-15 cende pas au-dessous de 170°C. On chauffe ensuite pendant 3 heures à 200°C. On transforme 500 g de ce mélange, par mélange avec 230 g de benzène et 160 g de xylène et avec addition de 0,5 g de titanate de butyle, en un vernis qui, à un extrait sec de 33 présente une viscosité de 120fessai au bêcher DUT de 4 mm). 20 EXEMPLE 4 Dans un appareil tel que celui décrit dans l'exemple 2, on chauffe à 180°0 250 g de crésol, 23 g de glycol, 70 g de bisphé-nol A et 130 g d'isocyanurate de tris-(2-hydroxyéthyle) avec 97 g de téréphtalate de diméthyle et 0,3 g de titanate de butyle et on 25 maintient à cette température pendant 2 heures. La solution est ensuite additionnée de 99 g de 4,4'-diaminodiphénylméthaneo On chauffe alors à 185°C et on ajoute à cette température 192 g d'anhydride triméllitique sans que la température tombe au-dessous de 180°C. On chauffe ensuite pendant 3 heures à 200°C et on conden-30 se pendant environ 5 minutes sous le vide d'une trompe à eau. On transforme 500 g de ce mélange avec 230 g de benzène et 160 g de crésol en un vernis qui possède une viscosité de 140 sec. à 20°G Cessai au bêcher DIN de 4 mm). EXEMPLE 5 35 Dans l'appareil décrit dans l'exemple 2, on mélange 148 g de glycol avec 118g de bisphénol A et 159g de 4,4'-diaminodiphé- nylméthane et on chauffe à 180°G 384 g d'anhydride triméllitique. L'addition une fois .terminée, on chauffe à 200°0 et on condense pendant 4 heures à cette températu-4^ re. On poursuit ensuite la condensation pendant 15 minutes sous vide et on élimine le glycol en excès. 71 37830 7 2111806 EEVEHDICATIOHS 1. Procédé pour l'obtention de polyesterimides par chauffage de diamines aromatiques di-primaires, de polyalcools et d'acides tricarboxyliques ou de leurs anhydrides dans un solvant orga- 5 nique à des températures d'au moins 165°G, caractérisé en ce qu'on introduit dans une solution de diamine et d'un polyalcool dans le solvant organique, portée à au moins 165°C, l'acide tricarboxylique ou son anhydride, de façon que la température du mélange ne descende pas au-dessous de 165°C et que, après la fin de l'addi-10 tion, on condense le mélange jusqu'à la viscosité désirée à une température supérieure à celle du mélangec 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mélange les constituants réactionnels à une température comprise entre 175 et 185°C« 15 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractéri sé en ce qu'on utilise du orésc-3 coasme solvant organique « 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3s caractérisé en ce qu'on effectue la condensation à des températures supérieures à 1?0°0, de préférence au-dessus de 190°Go 20 5. Polyesterimides obtenus par le procédé selon lsune quel conque des revendications 1 à 4-*, 6. Application des polyesterimides selon la revendication 5 pour la fabrication de vernis isolants électriques»