DE4215873A1 - Verwendung von flüssigen Estern als Lösungsmittel für Isocyanate - Google Patents

Verwendung von flüssigen Estern als Lösungsmittel für Isocyanate

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Estern als Lösungsmittel für Isocyanate und/oder Isocyanurate.
Isocyanate im Rahmen der Erfindung sind sowohl klassische Isocyanate, die an aromatischen, aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffen NCO-Gruppen tragen als auch Präpolymere, die auch nach Umsetzung der klassischen Isocyanate mit Polyolen freie NCO-Gruppen tragen.
Insbesondere die mehrfunktionellen Isocyanate mit 2 oder mehr NCO-Gruppen sind hoch viskose Produkte. Die hohe Viskosität dieser Produkte bedingt häufig Schwierigkeiten bei den Verarbeitungsschritten der Isocyanate zu Polyurethanen, da die hochviskosen Isocyanate nur schwer pumpbar und mit weiteren Komponenten nur schlecht mischbar sind. Daher setzt man den Iso­ cyanaten Lösungsmittel zu, die die Viskositäten minimieren. Auch die tri­ meren Isocyanurate, die man bei der Herstellung von Polyurethanen häufig zusetzt, sind viskose Produkte, deren Viskosität man durch Lösungsmittel zu reduzieren versucht.
Als Lösungsmittel werden bis heute meist organische Lösungsmittel vom Typ der halogenierten Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid, 1,2-Dichlorpro­ pan, Aromaten wie Toluol, Ether wie Petrolether oder auch dünnflüssige Phosphate wie Trioctylphosphat zugesetzt, wobei letzteres gleichzeitig weichmachende Wirkung hat. Aus ökologischen und toxikologi­ schen Überlegungen heraus, möchte man aber zunehmend auf die bedenklichen bisherigen Lösungsmittel verzichten und diese durch unbedenklichere Stoffe ersetzen.
Aus der amerikanischen Patentschrift US 2 801 244 ist es bekannt, daß sich die trifunktionellen Isocyanattrimere von 4-Alkyl-m-phenylendiamindiisocya­ naten mit niederen Alkylgruppen auch in Ethylacetat lösen lassen. Ethylace­ tat ist aber ein sehr flüchtiger Ester, der schon unter den Verarbeitungs­ bedingungen zum Teil entweicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Lösungsmittel für Isocyanate und Isocyanurate bereit zu stellen, die toxikologisch und ökologisch nicht bedenklich sind und eine höhere Flüchtigkeit als Ethylacetat aufweisen.
Überraschenderweise können spezielle Ester die Viskositäten bereits bei geringsten Zugabemengen drastisch reduzieren.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung von bei Raumtemperatur flüssigen Estern von Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit monofunktionellen Alkoholen und/oder von Fettalkoholen mit 6 bis 22 C-Ato­ men mit Monocarbonsäuren als Lösungsmittel für Isocyanate und/oder Isocya­ nurate.
Eine Gruppe der erfindungsgemäß zu verwendenden Ester sind Ester von Fett­ säuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit monofunktionellen Alkoholen. Bevorzugt aus dieser Gruppe sind Ester von aliphatischen monofunktionellen Alkoholen mit 1 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise mit 1 bis 12 C-Atomen. Im Sinne der Erfindung können sowohl die Fettsäuren als auch die Alkohole gesättigt und/oder ungesättigt sein. Falls gewünscht können die Ester auch Substi­ tuenten enthalten, die aber auf keinen Fall mit den Isocyanatgruppen reaktiv sein dürfen wie die reaktiven Hydroxylgruppen. Als Fettsäuren sind beispielsweise Capron-, Capryl-, Pelargon-, Caprin-, Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin-, Arachin-, Behen-, Laurolein-, Myristolein-, Palmito­ lein-, Öl-, Linol- und/oder Linolensäure geeignet sowie ihre technischen Mischungen und Fraktionen, wie sie bei der Spaltung und Destillation von natürlichen Fetten und Ölen entstehen. Besonders bevorzugt werden tech­ nische Mischungen und Fraktionen dieser Fettsäuren, die aus Kokos-, Palm­ kern-, Erdnuß-, Sojabohnen-, Sonnenblumen-, Lein-, erucasäurearmes und erucasäurereiches Rüböl und/oder auch Schmalz- und Rindertalg zugänglich sind.
Als aliphatische Alkohole, die mit den obengenannten Fettsäuren verestert sind, sind die aus dem Stand der Technik bekannten verzweigten und unver­ zweigten Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol, 2- Ethylhexanol, Guerbetalkohole sowie ungesättigte Vertreter oder aber auch die Fettalkohole, die sich durch Hydrierung der obengenannten Fettsäuren ableiten, geeignet. Besonders bevorzugt im Sinne der Erfindung werden Me­ thylfettsäureester.
Die zweite Gruppe der erfindungsgemäß zu verwendenden Ester leiten sich ab von Fettalkoholen und 6 bis 22 C-Atomen mit aliphatischen Monocarbonsäuren mit 2 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise mit 2 bis 12 C-Atomen. Die Fettalko­ hole und die aliphatischen Monocarbonsäuren können gesättigt und/oder un­ gesättigt sein. Als Fettalkohole kommen alle solche in Frage, die durch Hydrierung der obengenannten Fettsäuren zugänglich sind. Geeignete ali­ phatische Monocarbonsäuren sind Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure und Pentansäure sowie die bereits oben aufgezählten Fettsäuren. Besonders be­ vorzugt werden von dieser zweiten Gruppe an Ester solche, die sich von niederen Monocarbonsäuren mit 2 bis 12 C-Atomen und von ungesättigten Al­ koholen ableiten.
Die Ester sollen bei Raumtemperatur flüssig sein, d. h. unter Normaldruck bei etwa 25°C bis 20°C.
Die Ester werden den Isocyanten zugesetzt, vorzugsweise den höherviskosen Di-, Tri- und/oder Tetraisocyanaten und/oder Präpolymere mit 2 bis 4 Iso­ cyanaten, die sich von den Di-, Tri- und/oder Tetraisocyanaten ableiten. Von den Di- und höherfunktionellen Tetraisocyanaten werden bevorzugt die aromatischen Vertreter hiervon und insbesondere die aromatischen Diisocya­ nate wie 1,5-Naphthylen-, 4,4′-Diphenylmethan-, 4,4-Diphenyldimethylme­ than-, Di- und Tetraalkyldiphenylmethan-, 4,4′-Dibenzyldiisocyanat und die Isomeren des Toluylendiisocyanats. Geeignete Vertreter für Tri- und Tetra­ isocyanate sind die handelsüblichen Produkte wie Desmodur® VKS, Fa. Bayer; Voronate® 229, Dow Chemical und/oder Basonate® A 270, Fa. BASF.
Bei der Gruppe der Isocyanatgruppen tragenden Prepolymere kommen solche in Betracht, die durch Umsetzung der obigen Isocyanate mit Polyolen wie Poly­ etherpolyole, Polyesterpolyole, Polyalkylendiole und/oder Polyacetale er­ halten werden. Die genannten Polyole und ihre Herstellung sind aus dem Stand der Technik bekannt.
So können beispielsweise Polyesterpolyole durch Reaktion von Dicarbonsäu­ ren mit Triolen oder einem Überschuß an Diolen und/oder Triolen sowie durch Ringöffnung von epoxidierten (Fett-)Estern mit Alkoholen hergestellt werden. Auch Polycaprolactondiole, herstellbar aus E-Caprolacton und Dio­ len, sind als Polyesterpolyole geeignet. Im Rahmen der Erfindung werden Polyesterpolyole bevorzugt aus niedermolekularen Dicarbonsäuren wie Adi­ pinsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure und Phthalsäure mit einem Über­ schuß an Diolen mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, Trimethylolpropan und/oder Glycerin. Als Polyacetale seien beispielsweise die Polykondensationspro­ dukte aus Formaldehyd und Diolen und/oder Polyolen in Gegenwart saurer Katalysatoren genannt. Polyalkylendiole wie beispielsweise Polybutadien­ diol sind käufliche Produkte, die in verschiedenen Molekulargewichten er­ hältlich sind. Polyetherpolyole können beispielsweise durch Co- oder Block­ polymerisation von Alkylenoxiden wie Ethylenoixd, Propylenoxid und Buty­ lenoxid oder durch Umsetzung von Polyalkylenglykolen mit 2 oder 3 funktio­ nellen Alkoholen erhalten werden. Aber auch die polymerisierten Ringöff­ nungsprodukte von Tetrahydrofuran mit Alkoholen sind als Polyetherpolyole geeignet.
Die Ester können erfindungsgemäß auch Isocyanuraten, den trimeren Deri­ vaten der Isocyanursäure, wie Tris-(6-Isocyanato)-isocyanurat (Tolonate HDT®, der Fa. Rhône-Poulenc) zugesetzt werden.
Die erfindungsgemäß verwendeten Ester können bereits in geringen Zugabe­ mengen die Viskosität der Isocyanate und/oder Isocyanurate drastisch re­ duzieren und vor allem auch deutlich mehr, als durch einfache Verdünnungs­ effekte zu erwarten. Von weiterem Vorteil ist, daß die Viskosität der ver­ dünnten Isocyanate und/oder Isocyanurate auch bei längerer Lagerung gar nicht oder nur unwesentlich ansteigt, so daß einmal mit den Estern ver­ dünnte Isocyanate oder Isocyanurate gut gelagert werden können, ohne daß ständig der Ester nachdosiert werden muß. Schließlich sind die verwendeten Ester auch inert gegenüber den Isocyanaten oder Isocyanuraten, so daß keine unerwünschten Nebenreaktionen eintreten.
Um die gewünschte Viskositätserniedrigung zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Ester im Verhältnis zu den Isocyanaten/Isocyanuraten in Gewichtsmengen von 5:95 bis 95:5 zu verwenden. Je nach gewünschter Viskosität der Isocya­ nate/Isocyanurate kann der Fachmann problemlos die notwendige Menge an jeweiligen Estern selber finden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erniedrigung der Viskosität von Isocyanaten und/oder Isocyanuraten, da­ durch gekennzeichnet, daß den Isocyanaten bei Raumtemperatur flüssige Ester von Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit monofunktionellen Alkoholen und/oder von Fettalkoholen mit 6 bis 22 C-Atomen mit Monocarbonsäuren zu­ gegeben werden.
Einzelheiten sind den vorhergehenden Ausführungen zu entnehmen.
Beispiele Beispiel 1
Zu 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat, MDI, wurden unterschiedliche Gewichts­ mengen eines Methylesters einer erucasäurearmen Rapsölfettsäuremischung (Zusammensetzung in Gew.-%: 0 bis 5 Erucasäure (C22), 50 bis 65 Ölsäure (C18′), 15 bis 30 Linolsäure (C18′′), 6 bis 13 Linolensäure (C18′′′), 1 bis 3 Eicosensäure (C20′), 1 bis 4 Palmitinsäure (C16), und Spuren von Myristinsäure (C14), Stearinsäure (C18), Arachinsäure (C20), Behensäure (C22)) zugegeben. Der Lösemitteleffekt wurde bestimmt über die Viskosität der Mischungen nach Höppler bei 20°C (DIN 53 015). In Tabelle 1 sind die Ergebnisse zusammengefaßt.
Tabelle 1 Viskosität
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Viskosität des MDI bereits erheb­ lich durch geringe Zugabe des Methylesters gesenkt werden kann.
Beispiel 2
Zu 446 g MDI nach Beispiel 1 wurden 200 g eines Methylesters einer Soja­ ölfettsäuremischung (Zusammensetzung: 7 bis 10 Palmitinsäure (C16), 3 bis 6 Stearinsäure (C18), 0 bis 2 Arachinsäure (C20), 20 bis 35 Olsäure (C18′), 40 bis 57 Linolsäure (C18′′) und 5 bis 14 Linolensäure (C18′′′) gegeben. Geprüft wurde die Lagerstabilität einer solchen Mischung, indem die Viskosität und der NCO-Gehalt über einen längeren Zeitraum beobachtet wurde. Der NCO-Gehalt wurde bestimmt durch Umsetzung der Mischung mit ei­ nem Überschuß an n-Butylamin und Rücktitration des nicht umgesetzten Butylamins mit Salzsäure. Über den Verbrauch an Butylamin wird auf den NCO-Gehalt geschlossen. In Tabelle 2 sind die Ergebnisse zusammengefaßt.
Tabelle 2 Lagertest
Erst nach 2 1/2 Monaten traten visuell zu beobachtende Trübungen der Mi­ schung auf.
Aus Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß der NCO-Gehalt sich auch nach 2 Wochen nicht geändert hat. Die Viskosität ist nach anfänglich leichtem Anstieg bei Lagerung gleich geblieben.
Beispiel 3
Analog zu Beispiel 2 wurden Lagertests durchgeführt mit Mischungen von
  • 3a) 466 g MDI und 200 g Methylester von Kokosfettsäuremischung (Zusam­ mensetzung in Gew.-%: 6 bis 9 Caprylsäure (C8), 6 bis 10 Caprinsäure (C10), 44 bis 51 Laurinsäure (C12), 13 bis 18 Myristinsäure (C14), 8 bis 10 Palmitinsäure (C16), 1 bis 3 Stearinsäure, 5,5 bis 7,5 Olsäu­ re).
  • 3b) 466 g MDI und 200 g Methylester von erucasäurearmer Rapsölfettsäure­ mischung (Zusammensetzung siehe Beispiel 1).
  • 3c) 466 g MDI und 200 g Methylester der Laurinsäure.
In Tabelle 3 sind die Ergebnisse zusammengefaßt.
Beispiel 4
Zu 70 g MDI (Viskosität 20°C, nach Höppler 370 mPa · s) wurden
  • 4a) 30 g Essigsäureester von technischem ungesättigtem C18-Fettalkohol (Zusammensetzung in Gew.-% 0-2 C12; 1-6 C14; 8-18 C16; 70-83 C18′, 0-3 C20),
  • 4b) 30 g Caprylsäureoctylester gegeben.
Die Viskosität der klaren Mischungen 4a) und 4b) wurden nach 14 Tagen be­ stimmt und betrugen
  • 4a) 37 mPa · s; 4b) 57 mPa · s.

Claims (8)

1. Verwendung von bei Raumtemperatur flüssigen Estern von Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit monofunktionellen Alkoholen und/oder von Fett­ alkoholen mit 6 bis 22 C-Atomen mit Monocarbonsäuren als Lösungsmit­ tel für Isocyanate und/oder Isocyanurate.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ester von Fettsäuren mit aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 22 C-Atomen, vor­ zugsweise mit 1 bis 12 C-Atomen, verwendet werden.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Me­ thylester verwendet werden.
4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ester von Fettalkoholen mit aliphatischen Monocarbonsäuren mit 2 bis 22 C-Ato­ men, vorzugsweise mit 2 bis 12 C-Atomen, verwendet werden.
5. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isocyana­ te Di-, Tri- und/oder Tetraisocyanate und/oder deren Präpolymere mit 2 bis 4 Isocyanatgruppen sind.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isocyana­ te aromatische Diisocyanate sind.
7. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ester im Verhältnis zu den Isocyanaten und/oder Isocyanuraten in Gewichtsmen­ gen von 5:95 bis 95:5 verwendet werden.
8. Verfahren zur Erniedrigung der Viskosität von Isocyanaten und/oder Isocyanuraten, dadurch gekennzeichnet, daß den Isocyanaten bei Raum­ temperatur flüssige Ester von Fettsäuren mit 6 bis 22 C-Atomen mit monofunktionellen Alkoholen und/oder von Fettalkoholen mit 6 bis 22 C-Atomen mit Monocarbonsäuren zugegeben werden.
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