CH497430A

CH497430A - Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Lösung von 1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxy-2-imidazolidinon

Info

Publication number: CH497430A
Application number: CH546768A
Authority: CH
Inventors: Herald Remley Kenneth
Original assignee: American Cyanamid Co
Priority date: 1967-04-14
Filing date: 1968-04-11
Publication date: 1970-10-15
Also published as: GB1199687A; DE1770176A1; FR1558244A; BE713651A; US3487088A; NL6805193A

Description

Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Lösung von 1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxy-2-imidazolidinon
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stabilen wässrigen Lösungen von 1,3-Dimethylol 4,5-dihydroxy-2-imidazolidinon, das manchmal auch als Dimethylolmonourein oder Dimethyloldihydroxyäthylharnstoff bezeichnet wird.

1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxy - 2 - imidazolidinon hat folgende Strukturformel
EMI1.1

Das vorstehende Imidazolidinon ist ein wertvolles Textilausrüstungsmittel, besonders zur Verwendung als knitterfestmachendes Mittel für textile Cellulosestoffe einschliesslich von Mischungen solcher Stoffe mit anderen Fasern wie Polyamiden und Polyestern. Zwar kann es als übliche Knitterfestausrüstung in der in der USA Patentschrift 2731 364 beschriebenen Weise angewandt werden, seine technische Bedeutung liegt zur Zeit jedoch in der Anwendung als Nachhärtungs-Knitterfest-Ausrüstung des Typs, der für das in der USA-Patentschrift 2974432 beschriebene Verfahren anwendbar ist.

Es gibt zur Zeit drei bekannte Verfahren zur Herstellung von 1,3 -Dimethylol-4,5-dihydroxy-2-irnidazolidinon aus Harnstoff, Glyoxal und Formaldehyd. Alle bekannten Verfahren sind Zweistufen-Verfahren.

Nach einem Verfahren werden Harnstoff und Glyoxal unter alkalischen Bedingungen zu 4,5-Dihydroxy-2-imid- azolidinon umgesetzt, das dann mit Formaldehyd unter neutralen oder alkalischen Bedingungen umgesetzt wird (siehe USA-Patentschriften 2731 472 und 2764573).

Nach einem zweiten Verfahren werden Harnstoff und Formaldehyd unter alkalischen Bedingungen zu Dime thylolharnstoff umgesetzt, der dann mit Glyoxal unter alkalischen Bedingungen zu dem Imidazolidinon umgesetzt wird (USA-Patentschrift 2 876 062).

Gemäss den Angaben in der USA-Patentschrift 3 049 446 ist das Produkt des ersten Verfahrens, das in den USA-Patentschriften 2731 472 und 2764573 beschrieben ist, dunkelbraun und verfärbt Kleidungsstücke, wenn nicht das als Zwischenprodukt erhaltene Monourein gereinigt wird, bevor es mit Formaldehyd umgesetzt wird.

Nach dem dritten Verfahren setzt man Harnstoff und Glyoxal bei einem pH-Wert von 3,8 bis 4,2 und anschliessend mit Formaldehyd bei einem pH von 7,0 bis 7,5 um (britische Patentschrift 1 032 379).

Bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Verfahren ist die Ausbeute im allgemeinen gering, und die Produkte enthalten grosse Mengen von nichtumgesetztem Formaldehyd und Glyoxal. Das Produkt des zweiten Verfahrens, das in der USA-Patentschrift 2 876 062 beschrieben ist, hat sich als instabil erwiesen, wie sich durch Verfärbungen beim Altern zeigt.

Die Erfindung bezweckt daher ein vereinfachtes Einstufen-Verfahren zur Herstellung von stabilen wässrigen Lösungen von 1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxy-2-imidazolidinon, das sich durch gute Farbe und gute Stabilität auszeichnet und ebenso wirksam als knitterfestmachendes Mittel für textile Cellulosestoffe wie Produkte ist, die nach den bekannten aufwendigeren Zweistufen-Verfahren hergestellt sind.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer stabilen wässrigen Lösung von 1,3-Dimethylol-4,5 -dihydroxy-2-imidazolidinon ist dadurch gekennzeichnet, dass man 1 Molteil Harnstoff mit 0,8 bis 1,3 Molteilen Glyoxal und 1,6 bis 2,5 Molteilen Formaldehyd in einem wässrigen Medium bei einem pH-Wert, der über 7 gehalten wird, und einer Temperatur, die zwischen 30 u. 1000C gehalten wird, umsetzt.

Wie oben angegeben, bezieht sich die Erfindung auf ein Einstufen-Verfahren zur Herstellung eines Produkts, das hinsichtlich der Wirkung als knitterfestmachendes Mittel ähnlichen Produkten, die nach den bekannten aufwendigeren Verfahren hergestellt sind, praktisch äquivalent ist.

Vorzugsweise werden Molverhältnisse von 1 Mol Harnstoff zu 0,9 bis 1,1 Mol Glyoxal und zu 1,8 bis 2,2 Mol Formaldehyd angewandt. Es wurde gefunden, dass gleichmässig gute Ergebnisse erzielt werden, wenn Molverhältnisse innerhalb der bevorzugten Bereiche eingehalten werden.

Wie oben angegeben, muss das wässrige Reaktionsmedium über pH 7 und vorzugsweise zwischen pH 7,5 und 9,5 gehalten werden. Der alkalische pH-Wert wird durch Zugabe von soviel Alkali, dass sich zu Beginn dieser alkalische pH-Wert einstellt, und durch kontinuierliche Zugabe von geeigneten alkalischen Stoffen während des Verlaufs der Realtion erreicht. Zu geeigneten alkalischen Stoffen gehören beispielsweise Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Natriumcarbonat und ihre Äquivalente.

Wie oben angegeben wird die Reaktionsmischung auf eine Temperatur zwischen 30 und 1000C und vorzugsweise zwischen 60 und 700C erwärmt. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die Temperatur der Reaktionsmischung allmählich ansteigen zu lassen, bis die gewünschte Reaktionstemperatur erreicht ist. Die Reaktionstemperatur wird aufrechterhalten, bis die Reaktion praktisch vollständig ist, was durch einen Gehalt an nichtumge setzem Aldehyd von nicht mehr als 2%, vorzugsweise nicht mehr als 1,2%, angezeigt wird. Der Gehalt an freiem Formaldehyd wird durch übliche Analysenverfahren bestimmt.

Nach beendeter Umsetzung wird die Lösung nor malerweise gekühlt und mit soviel Säure, vorzugsweise Salzsäure versetzt, dass ein pH zwischen 5,0 und 5,4 erzielt wird.

Gewünschtenfalls kann man durch Zusatz von Natriumchlorit oder ähnlichen Bleichmitteln zu der wässrigen Lösung die Farbe noch weiter verbessern.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltene Textilausrüstungen sind stabile praktisch farblose Lösungen. Sie werden mit geringem Aufwand und in hervorragender Ausbeute erhalten. Die Produkte können nach bekannten Verfahren auf Cellulosestoffe aufgebracht und mit diesen durch übliche Härtungsverfahren dauernd verbunden werden. Mit den erfindungsgemässen Produkten ausgerüstete textile Cellulosestoffe, zum Beispiel Baumwollgewebe, zeichnen sich durch ein hohes Mass an Bügelfreiheit (wash-and wear) und andere vorteilhafte Eigenschaften aus und werden durch die Ausrüstung nicht verfärbt.

Die erfindungsgemässen Produkte können mit anderen Textilmitteln und -hilfsstoffen, zum Beispiel Weichmachem, Aufhellern, Odorantien und anderen knitterfestmachenden Mitteln verwendet werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken. Teile und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben ist.

Beispiel I
Ein geeignetes Reaktionsgefäss wird mit 2840 Teilen (41,6 Mol) 44 obiger wässriger Formaldehydlösung und 3000 Teilen (20,7 Mol) 40S0iger wässriger Glyoxallösung beschickt. Man gibt etwa 55 Teile einer 24%igen wässrigen Lösung von Natriumhydroxyd zu, um einen pH-Wert von 8,0 bis 8,5 einzustellen, und versetzt anschliessend mit 1250 Teilen (20,8 Mol) Harnstoff. Man lässt die Temperatur der Reaktion auf etwa 500C ansteigen und gibt 45 Teile einer 24%igen wässrigen Lösung von kaustischer Soda zu. Dann wird die Temperatur auf 65-700C ansteigen gelassen und 2 Stunden bei diesem Wert gehalten. Während der Zeit von 2 Stunden werden weitere Mengen Natriumhydroxyd als 24%ige wässrige Natriumhydroxydlösung zugesetzt, um den pH bei 8 bis 8,5 zu halten.

So werden 50 Teile 24%iger Natriumhydroxydlösung nach 10 Minuten, 25 Teile nach 30 Minuten und 35 Teile nach 1 Stunde zugesetzt.

Man kühlt die Reaktionsmischung auf etwa 300C und setzt 7 Teile Natriumchlorit und anschliessend soviel konzentrierte Salzsäure zu, dass sich ein pH-Wert von 5,0 bis 5,4 einstellt. Die Lösung wird dann mit 1320 Teilen Wasser versetzt.

Das Produkt ist eine wässrige Lösung von 1,3 Dimethylol-4,5-dihydroxy-2-imidazolidinon, die 45% Feststoffe und weniger als 1,0% nichtumgesetzten Aldehyd enthält. Sie ist bei der Lagerung stabil und eignet sich ohne weitere Verarbeitung zum Auftrag auf textile Stoffe.

Beispiel 2
Man stellt ein wässriges Klotzbad her, das 6,67% Feststoffe des Produkts von Beispiel 1, 0,64% Zinknitrat, 3,0% eines nichtionischen Weichmachers, der aus einer 25%igen Polyäthylenemulsion besteht, die Polyäthylenglycolmonostearat und Cocosnussölmonoäthanolamin enthält, und 0,25% nichtionisches oberflächenaktives Mittel, das aus dem Kondensationsprodukt von Nonylphenol mit durchschnittlich 9,5 Mol Äthylenoxyd besteht, enthält. Mit dem Klotzbad wird durch übliches Klotzen doppelt breites Baumwolltuch mit einer Feiuchtigkeitsaufnahme von 75% imprägniert. Das Gewebe, das 5,0% Feststoffe des Produkts von Beispiel 1 enthält, wird 1 Minute bei 1070C (2250F) getrocknet und dann 1,5 Minuten auf 1770C (350OF) erwärmt.

Die Knittererholungwinkel des behandelten und des unbehandelten Gewebes werden nach der AATCC-Test -Methode 66-1959T (in Erprobung) bestimmt.

Die Zugfestigkeiten der Gewebe werden nach der ASTM-Standard-Methode D-39 mit Hilfe eines Scott -Zugfestigkeitsprüfgeräts gemessen.

Die Testergebnisse sind in Tabelle I angegeben:
TABELLE I unbehandelt behandelt Knittererholungswinkel, W & , Grad 188 285 Zugfestigkeit, W & F, kg (lb.) 60 (132) 34,5 (76)
Beispiel 3
Man stellt ein wässriges Klotzbad her, das 10,2% des Produkts von Beispiel 1, 0,98% Zinknitrat, 3,0% des nichtionischen Weichmachers und 0,25% eines nichtionischen oberflächenaktiven Mittels gemäss den Angaben in Beispiel 2 enthält.

Mit dem Bad wird durch übliches Klotzen Baumwoll -Nylon-Twill (85%/ 15%) mit einer Feuchtigkeitsaufnahme von 60% imprägniert. Das Gewebe, dass 6,1% Feststoffe des Produkts von Beispiel 1 enthält, wird 1,5 Minuten bei 1070C (225OF) getrocknet, 5 Sekunden mit Wasserdampf behandelt und 8 Sekunden auf einer Seite und dann 8 Sekunden auf der anderen Seite bei 1540C (3100F) mit einem Druck von 3,15 kg/cm3 (45 psi) gepresst. Die gebügelten Stoffproben werden 10 Minuten auf 3200C erwärmt.

Die Knittererholungswinkel und Zugfestigkeiten des behandelten und unbehandelten Gewebes werden wie in Beispiel 2 angegeben bestimmt.

Das Aussehen wird nach einer Relativskala mit einem Maximum von 5,0 nach fünfmaligem Waschen durch Betrachtung unter von oben kommendem Licht bewertet und ist ein Mass für die Glätte des Gewebes.

Das Waschen erfolgt in einer Haushaltswaschmaschine unter Verwendung von Wasser mit 60 bis 630C (140 1450F) u. eines Waschmittels mit einem Waschzyklus von 12 Minuten, vorauf eine 30 Minuten lange Umwälztrocknung bei 710C (1600F) folgt.

Die Faltenretention wird durch Untersuchung der Gewebe nach 5 Wasch- und Trocknungszyklen bestimmt.

Die Testergebnisse sind in Tabelle II angegeben:
TABELLE II unbehandelt behandelt Knittererholungswinkel, W & , Grad 154 278 Zugfestigkeit, F., kg (Ib.) 53 (117) 29,5 (65) Bewertung des Aussehens 1,8 4,8 Faltenretention keine ausgezeichnet

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Hertellung einer wässrigen Lösung von 1 ,3-Dimethylol-4,5-dihydroxy-2-imidazolidinon, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem wässrigen Medium Harnstoff, wenigstens 0,8 Moläquivalente Glyoxal und wenigstens 1,6 Moläquivalente Formaldehyd bei einem pH über 7,0 und einer Temperatur von 30 bis 1000C umsetzt, bis sich das angegebene Produkt gebildet hat.

UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man 0,9 bis 1,1 Moläquivalente Glyoxal und 1,8 bis 2,2 Moläquivalente Formaldehyd anwendet und die Umsetzung bei einem pH-Wert zwischen 7,5 und 9,5 und einer Temperatur zwischen 60 und 700C durchführt, bis die Umsetzung praktisch vollständig ist, was sich aus einem Gehalt an nichtumgesetztem Formaldehyd von nicht mehr als 2% ergibt.