DE1720633A1 - Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von PolyurethanenInfo
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Description
LEVERKUSEN-Btyerwerk
Pttent-Abteilunj
13, März 19b/
Polyurethane werden bekanntlich in der Regel durch Reaktion von Polyhydroxyverbindungen mit Polyisocyanaten hergestellt.
Führt man die Umsetzung in Abwesenheit von Wasser durch, sind die erhaltenen Stoffe homogen, während durch Zugabe, von Wasser
infolge CO2-Abspaltung durch die Reaktion zwischen dem Isocyanat
und Wasser Schaumstoffe entstehen. Auch die Zugabe von aliphatischen, niedrig siedenden Halogen-Kohlenwasserstoffen
kann zur Herstellung von Schaumstoffen benutzt werden. ä
Es i3t weiter bekannt, die Reaktionsgeschwindigkeit bei der PoIyurethanhersteliune1
durch Aktivatoren wie tertiäre Amine oder anorganische
oder organische Verbindungen des Eisens, Titans, Zinna zu beschleunigen. Man macht davon Gebrauch, um wirtschaftlichere
'/erarbtjitungüzeiten odor besondere technische Effekte zu erzielen,
oo ist es z.B. bei der Here teilung von Schaumstoffen
wichtig, Verfestigung und Schüumproze-s aufeinander abzustimmen,
um einwandfreie und reproduzierbare Schäume zu erhalten. Bei
der Herstellung von homogenen Stoff »in int, /,.H. eine Aktivierung
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Lu A 1Ü 6Ii) - 1 -
speziell auch dann erwünscht, wenn Oberflächen beschichtet werden sollen, weil die flüssige Reaktionsmasse nach dem Aufsprühen
möglichst rasch aushärten muß, um nicht abzulaufen.
Es wurde nun gefunden, daß bicyclische Amidine der allgemeinen Formel
in der
m eine ganze Zahl von 3-7 und
η eine ganze Zahl von 2-4
bedeuten, die Reaktion zwischen Polyhydroxyverbindungen und
ψ Polyisocyanaten sehr stark beschleunigen. Ein besonders vorteilhaftes
Merkmal der erfindungsgemäß zu verwendenden Katalysatoren ist dabei, daß sie ihre volle Wirkung erst bei mäßig
erhöhten Temperaturen, z.B. von etwa 600C, entfalten. Diese
verzögerte Aktivierung ist für die Herstellung von Polyurethanen in vielen Fällen sehr erwünscht, weil dadurch für eine sorgfältige
Durchmischung der reaktiven Komponenten bei Raumtemperatur eine genügende Zeitspanne zur Verfügung steht*-'Ba die
Reaktion exotherm abläuft, steigt die Temperatur des Gemisches an, so daß sich die Beschleunigung durch die bioycliachen
Amidine nun voll auswirken kann. Ln manchen Fällen ist ea aber
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Le A 10 615 - 2 -
vorteilhaft, dem Gemisch der reaktiven Komponenten zusätzlich
zu den erfindungsgemäß zu verwendenden Katalysatoren weitere
Aktivatoren als Co-Katalysatoren, nämlich tertiäre Amine und/
oder anorganische oder organische Verbindungen des Zinne, Bleis, Titans oder Eisens, hinzuzufügen, um auch schon zu Beginn die
Reaktion zu beschleunigen und die für die volle Wirkung der
Amidine günstige Temperatur rascher zu erreichen.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen einschließlich Polyurethanschaumstoffen aus
Polyhydroxyverbindungen mit einem mittleren Molekulargewicht von 400 - 5000, Polyisocyanaten, Katalysatoren und gegebenenfalls
Wasser und/oder anderen Treibmitteln, das darin besteht, daß als Katalysatoren bicyclische Amidine der allgemeinen
Formel
in der m eine ganze Zahl von 3 - 7 und η eine ganze Zahl
von 2-4 bedeuten, in einer Menge von 0,1 - 5 Gew.-#, bezogen
auf Polyhydroxylverbindung, verwendet werden.
Erfindungsgemäß zu verwendende Katalysatoren sind bicyclische
Amidine, beispielsweise folgender Konstitution:
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C6
II III IV
I ι
V VI VII
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Katalysatoren werden in der Regel in einer Menge von 0,1-5 Gew.-^, bezogen auf Polyhydroxylverbindung,
eingesetzt. Sie können gemäß der deutschen Patentanmeldung P 47 138 hergestellt werden.
Als Polyhydroxy!verbindungen können z.B. Verwendung finden»
Polyäther mit zwei oder mehreren OH-Gruppen und einem mittleren Molekulargewicht von 400 - 5000 wie Polyäthylenglykol, PoIypropylenglykol
oder Polybutylenglykol oder deren Mischungen. Geeignet sind ferner durch Anlagerung von Alkylenoxiden wie
Äthylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid, Epichlorhydrin oder Tetrahydrofuran an z.B. polyfunktioneile Alkohole, Aminoalkohole
oder Amine gewonnene lineare oder verzweigte Anlagerungsprodukte. Als polyfunktionelle Startkomponenten für die Addition
der Alkylenoxide seien beispielhaft genannt: Ä'thylenglykol, 1,2-Propylenglykol, Trimethylolpropan, 1,2,4-Butantriol,
Glyzerin, Pentaerythrit sowie Oligo- und Polysaccharide wie Saccharose oder Stärke, ferner Rizinusöl, Äthanolamin, Diäthanolamin,
Triethanolamin, Anilin, Cyclohexylamin, Äthylendiamine oder Alkylendiamine vom Typ Äthylendiaain, Tetra-
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oder Hexaäthylendiamin oder auch Ammoniak. Selbstverständlich
können auch Gemische linearer und/oder verzweigter Polyalkylenglykoläther verschiedenen Typs eingesetzt werden. Auch Hydroxylgruppen
aufweisende Polythioether oder mit Alkylenoxid umgesetzte Phenole, Formaldehydharze, Hydrierungaprodukte von
Äthylen-Olefin-Kohlenoxid-Mischpolymerisaten und Epoxidharzen
können als Polyhydroxy!verbindungen gemäß Erfindung verwendet
werden. Gelnäß Erfindung kommen ferner Hydroxylgruppen aufweisende λ
Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 400 - 5000, die daneben
noch Äther- und/oder Ester- und/oder Amid- und/oder Harnstoff-
und/oder Urethan- und/oder Thioäther-gruppen enthalten, als Ausgangsmaterial in Betracht. Auch Polyester mit mindestens
zwei OH-Gruppen und einem mittleren Molekulargewicht von 500 3000 sind z.B. geeignet, wie z.B. Polyester der Adipinsäure,
Sebazinsäure, Bernsteinsäure oder Phthalsäure mit Athylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Trimethylolpropan oder Glyzerin
oder deren Mischungen. Geeignete Polyisocyanate sind z.B. die
isomeren Toluylendiisocyanate oder ihre Gemische, Hexamethylendiisocyahat,
4,4'- und 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat oder deren Gemische, mit Carbodiimiden modifiziertes Diphenylmethandiisocyanat
und das rohe, durch Anilin-Formaldehyd-Kondensation und nachfolgende Phosgenierung gewonnene Diphenylmethandiisocyanat. Weitere
Beispiele für erfindungsgemäß geeignete .EoIyisocyanate sind m-Xylylendiisocyanat,
Naphthylen-1,5-diisocyanat, Dicyclohexyl—
methan-4,4f-diisocyanat sowie m- und p-Phenylendiisocyanat.
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Gegebenenfalls zusätzlich mitzuverwendende tertiäre Amine und/oder anorganische oder organische Verbindungen des Zinns,
Bleie, Titans oder Eisena sind beispielsweise Zinn(ll)-chlorid, Zinn(IV)-chlorid, Dibutylzinndilaurat* Zinn(II)-octoat, Bleinaphthenat,
Eisenacetylacetohat, Titantetrachlorid, Dimethylbenzylamin,
N-Metnyl-N'-tNjN-dimethylaminoäthylJ-piperazin,
Triäthylendiamin, permethyliertes Diäthylentriamin. Diese Cokatalysatoren
werden im allgemeinen in einer Menge von 0,1 5 Gew.-?£, bezogen auf Polyhydroxylverbindung, eingesetzt.
Zur Durchführung des Verfahrens wird die Polyhydroxylverbindung
zunächst mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden bicyclischen
Amidin und gegebenenfalls einem weiteren Aktivator vermischt. Zur Herstellung von Schaumstoffen verschäumt man diese Miscnung
in bekannter Weise durch Reaktion mit Polyisocyanaten in Gegenwart von Wasser und/oder anderen Treibmitteln wie Methylenchlorid,
Trichlorfluormethan, Dichlordifluormethan. Für die Herstellung homogener Polyurethane gibt man der Mischung aus
Polyhydroxylverbindung und bicyclischem Amidin nach einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens gemäß Erfindung
mineralische Trockenmittel wie Zeolith zu, um kleine Mengen von Wasser zu binden. Diese mineralischen Trockenmittel werden
in der Regel in einer Menge von 1-10 Sewichts-Prozent, bezogen
auf Polyhydroxylverbindung, mityerwendet. Nach dem darauf
folgenden Einmischen des Isocyanate wird das Gemiech in Formen
oder auf Oberflächen gegossen. Soll die Misoii'Uig der reaktiven
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Komponenten auf Oberflächen versprüht werden, ist es sehr vorteilhaft,
noch 1 - 5 Gew.-$ eines Alkanolamins mit mindestens
einer primären oder sekundären Aminogruppe, gerechnet auf Polyhydroxylverbindung,
der Polyhydroxylmischung vor Zugabe des PoIyisocyanats
hinzuzufügen. Beispiele solcher Alkanolamine sind Diethanolamin, Äthanolamin, 4-Aminocyclohexanol, Di-(3-hydroxypropyl)-amin.
Dadurch wird erreicht, daß beim Zumischen des Polyisocyanate die Viskosität sehr stark ansteigt und das Reaktion*
gemisch auch von senkrechten Flächen nicht mehr abläuft. ■■.■■■.; ■ .-■ : : i
Das Verhältnis der reaktiven Gruppen des Polyol-Gemischs zu
den Isocyanatffruppen soll zweckmäßig 1 : 0,8 — 1,5 betragen.
Bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen gemäß Erfindung
können natürlich die üblichen Zusatzstoffe wie Stabilisatoren,
z.B. Polyäther-Polysiloxane, sulfonierte Rizinusöle oder deren
Natriumsalze, ferner auch flammhemmende Zusatzstoffe wie Umsetzungsprodukte
aus P-hosphorsäure bzw. phosphoriger Säure und
Alkylenoxiden mitverwendet werden. Sowohl bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen als auch von homogenen Polyurethanen
kann man die Mischung der Polyhydroxy!- und der Polyisocyanat-Komponenten
von Hand oder mit geeigneten Maschinen vornehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, homogene
Polyurethane und Polyurethanschaumstoffe in besonders wirtschaftlicher und technisch vorteilhafter Weise herzustellen.
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100 Gewichtsteile eines verzweigten PolyäthylenpropyTenätherglykole
mit z.T. primären OH-Gruppen und einem mittleren Molekulargewicht von 4500 werden mit einem Teil des bicyclischen
Amidine der Struktur III, einem Teil Triethanolamin und 4 Teilen
rohen,
Wasser gemischt und dazu werden 74 Teile des/durch Formaldehyd-Anilin-Kondensation
und nachträgliche Phosgenierung erhaltenen Diphenylmethandiisocyanate gegeben. Nach gutem Durchmischen
gießt man in Formen und erhält einen Schaumstoff mit folgenden physikalischen Wertem
Raumgewicht: 40 kg/nr Zugfestigkeit: 0,8 kp/cm2
Bruchdehnung: 55 $>
Stauchhärte bei 2
40 io Verformungt 80 p/cm
Stoßelastizitäti 45 96
In eine Mischung aus 65 Gewichtsteilen eines Polypropylenglykols vom Molekulargewicht 4000 mit 3 OH-Gruppen und 40 Gewichtsteilen
eines Polypropylenglykols mit 3 OH-Gruppen und einer OH-Zahl von 350 - 400 werden 5 Gewichtsteile Zeolith
und ein Gewichtsteil bicyclisches Amidin der Struktur III gegeben und gut durchgemischt. Dazu gibt man 56 Teile des
rohen, durch Formaldehyd-Anilin-Kondensation und nachträgliche Phosgenierung erhaltenen Diphenylmethandiisocyanate.
Nach gutem Durchmischen gießt man in Formen oder auf Bleche
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und kann nach etwa 10 Minuten entformen bzw. vom Blech abheben.
Das so erhaltene Polyurethan hat folgende physikalische
Werte:
Zugfestigkeit!' 157 kp/cm2
Bruchdehnung: 48 #
Hartes 57 Shore D '
Abrieb» 191 mnr
Soll das Reaktionsgemisch durch Sprühen als Beschichtungsmaterial
aufgetragen werden, z.B. auf senkrechte Flächen, so fügt man dem obigen Gemisch aus Polyather, Zeolith und bicyclischem
Amidin noch ein Gewichtsteil Diäthanolamin hinzu.
Le A 10,615 - Si.- ■.-
1.098 2 7/M 88 V
Claims (4)
- Patentansprüche: : : : :' ,Q> Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen einschließlich ,, Polyurethanschaumstoffen aus Polyhydroxylverbindungen mit· -einem mittleren Molekulargewicht von 400 - 5000, Polyiso-r ■ ., cyanaten, Katalysatoren und gegebenenfalls Wasser und/oder anderen Treibmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatoren bicyclische Amidine der allgemeinen Formelm Λin der m eine ganze Zahl von 3-7 undη eine ganze Zahl von 2-4 bedeuten, in einer Menge von 0,1 - 5 Gew.-^, bezogen auf Polyhydroxyl-frverbindung, verwendet werden.
- 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich 0,1-5 Gew.-#, bezogen auf Polyhydroxylverbindung, tertiäre Amine und/oder anorganische oder organische Verbindungen des Zinns, Bleis, Titans oder Eisens mitverwendet werden.
- 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1 -10 Gew.-in mineralische Trockenmittel, bezogen auf Polyhydroxylverbindung, mitverwendet werden.Le A 10 615 - 10 -10982 7/1884
- 4. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß 0,1 - 5 Gew.-#, bezogen auf Polyhydroxylverbindung, Alkanolamine mit mindestens einer primären oder sekundären Aminogruppe mitverwendet werden.Le A 10 615 '-11109827/1884
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