WO1998022519A1 - Zweistufiges verfahren zur fertigung von halbharten massiven polyurethan-formkörpern - Google Patents

Zweistufiges verfahren zur fertigung von halbharten massiven polyurethan-formkörpern Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a process for the production of solid, transparent to translucent polyurethane moldings which, because of their elastic and optical properties, can be used, for example, as an alternative material to rubber
  • PUR reaction masses based on polyester polyol are usually used to manufacture transparent, semi-rigid PU molded parts. They are particularly suitable in molded part production using the casting and / or injection process, since good results can be achieved with these over a wide range of temperatures in terms of material hardness and hardening time with regard to machine, filler, mold and mold closure technology, this is usually not common, but can be appropriate in individual cases
  • PUR molding compositions based on ether-polyol can be processed inexpensively into transparent / translucent molded parts in the same way as those based on ester if they have a significantly higher average molecular weight and a higher viscosity associated therewith through a first process step
  • the reaction with di- and / or or high-functionality components containing isocyanate end groups to give so-called OH prepolymers A reaction with di- and / or high-functionality carboxylic acids to give comparable lengthened ether / ester polyols has also proven to be suitable
  • the invention thus relates to a two-stage process for the production of compact, transparent PUR moldings by the polyisocyanate polydaddition process in a hardness of 40 to 90 Shore A by reacting
  • reaction product is selected as at least one high molecular weight compound having at least two reactive hydrogen atoms (b)
  • prepolymers in (A) to (G) are obtained, for example, by reacting the isocyanates with an ether polyol as described under (I) to (V) and are distinguished by terminal, reactive NCO groups
  • a reaction of the polyols described under (I) to (V) is also possible, instead of with isocvanates, with (AA) di- and / or highly functional carboxylic acids such as, for example, adipic acid, glutaric acid. Succinic acid and other representatives of this class of substances as well as their mixtures
  • short-chain reaction components such as H, O, di- and t ⁇ -functional OH compounds, OH-amines, di- and T ⁇ amine etc can also be used for the pre-reaction and have reacted with them and the properties of the following
  • the course of the first reaction stage to the polvol, as described above, does not necessarily require a catalytic acceleration in the case of the reaction of diol, etc. with dnsocyanate, but proceeds much faster after addition of amines, metal salts, etc.
  • ether-ester conversion AA
  • typical ester catalysts Sn, Ti-De ⁇ vate
  • the reaction temperatures are preferably 20 to 100 ° C (type AG), but are also possible and in a higher situation (AA ) also advantageous
  • the resulting OH number of the above reaction product is between 7 and
  • the viscosity of the starting product is increased significantly by the process in the usual temperature range from 20 to 50 ° C Since, as mentioned, low molecular weight hydroxv and amine end group-containing building blocks, even H 2 O, can also be introduced into the pre-reaction described, the reaction can also be started from a higher OH or OH-NHX group content The viscosity can be modified accordingly.
  • the Dabco portion is dissolved and the isocvanate component is subsequently added. After about 2 hours, the viscosity is determined, which remains unchanged even after 1 day and 7 days
  • the mixture AB in the ratio 100 38 is processed with a conventional low-pressure machine and poured into a mold and sealed.
  • the molded part with a material thickness of 5 mm and density of 1 100 kg / m 3 can be removed from the mold after 4 minutes, but has no transparency but is whitishly cloudy

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von massiven, transparenten bis transluzenten Polyurethan-Formkörpern, die aufgrund ihrer elastischen und optischen Eigenschaften z.B. als Alternativmaterial zu Gummi eingesetzt werden können.

Description

Zweistufiges Verfahren zur Fertigung von halbharten massiven Polvurethan- Formkörpern
Die Erfindung betnfft ein Verfahren zur Herstellung von massiven, transparenten bis transluzenten Polyurethan-Formkorpern, die aufgrund ihrer elastischen und optischen Eigenschaften z B als Alternativmaterial zu Gummi eingesetzt werden können
Zur Fertigung transparent halbharter PU-Formteile werden üblicherweise PUR- Reaktionsmassen auf Polyesterpolyolbasis eingesetzt Sie eignen sich besonders in der Formteilfertigung nach dem Gieß- und/oder Injektionsverfahren, da sich mit diesen über einen großen Svstemvaπationsbereich hinsichtlich Mateπalharte und Verfestigungszeit gute Ergebnisse erzielen lassen Ein besonderer Aufwand hinsichtlich der Maschinen-, Einfull-, Form- und Formenverschlußtechnik ist dabei in der Regel nicht üblich, kann aber in Einzelfallen angebracht sein
Auch der Einsatz von PUR-Reaktionsmassen auf Polyetherpolyolbasis ist bekannt wird aber oftmals nicht gewählt, da sich nur mit erhöhtem technischen Aufwand ein zufriedenstellender und kontinuierlich erzielbarer hoher Transparenzgrad verwirklichen laßt Die Fertigung nach dem RLM- Verfahren mit Reaktionsmassen, die sowohl reaktive Hvdroxy- wie Aminendgruppen aufweisen sowie die Zuhilfenahm e b esonderer F ormen- und Verschl ußapparate, wi e si e gem äß EP 0 299 1 17 AI beschrieben wurden, seien hierzu genannt Letztlich bot sich aber bei Einsatz von PUR-Formmassen auf Polyetherpolyolbasis stets nur ein kleines Verarbeitungsfenster, so daß demgegenüber PUR-Systeme auf Polyesterpolyolbasis stets bevorzugt eingesetzt wurden Dies erstaunhcherweise auch, wenn es sich um Anwendungen in exponierten Bereichen handelt, in denen eine hydrolytisch-mikrobielle Zersetzung der Ester-Komponenten nur durch Einbringung oftmals kostenintensiver Schutzadditive behindert wird
Es wurde nun gefunden, daß sich überraschend PUR-Formmassen auf Ether- Polyolbasis in gleicher Weise gunstig zu transparenten/transluzenten Formteilen verarbeiten lassen wie diejenigen auf Ester-Basis wenn sie durch eine erste Verfahrensstufe auf ein deutlich erhöhtes mittleres Molekulargewicht und eine damit verbundene erhöhte Viskosität gebracht wurden Als derartige Verfahrensstufe eignet sich wie hier folgend beschrieben besonders die Umsetzung mit Di- und/ oder hoherfunktionellen Isocyanat-Endgruppen-haltigen Komponenten zu sogenannten OH-Prepolymeren Auch eine Reaktion mit Di- und/oder hoherfunktionellen Carbonsauren zu vergleichbar verlängerten Ether-/Ester-Polyolen erweist sich als geeignet
Gegenstand der Erfindung ist somit ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung von kompakten, transparenten PUR-Formteilen nach dem Polyisocyanat-Polvaddi- tionsverfahren in einer Harte von 40 bis 90 Shore A durch Umsetzung von
a) organischen und/oder modifizierten organischen Polyisocyanaten mit
b) mindestens einer hohermolekularen Verbindung mit mindestens zwei reak- tiven Wasserstoffatomen und gegebenenfalls
c) niedermolekularen Kettenverlangerungs- und/oder Vernetzungsmitteln in Gegenwart von
d) Katalysatoren und
e) Hilfsmitteln und Zusatzstoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß man als mindestens eine hohermolekulare Verbindung mit mindestens zwei reaktiven Wasserstoffatomen (b) das Reaktionsprodukt aus
(I) einem linearen EO/PO-Polyetherpolyol mit endstandigen EO-Gruppen und einem EO/PO-Verhaltms von 15 85 bis 40 60, einer OH-Zahl von 56-28 und Funktionalität von 2,0,
oder
(II) einem Gemisch eines wie unter (I) angeführten Polvetherpolyols mit einem weiteren, aber hoherfunktionellem und z B mit Glyzerin Tπmethylol- propan, Pentaerythnt oder auch Zucker gestartetem EO/PO-Polyetherpolyol (EO/PO-Verhaltms 15 85 bis 40 60) mit einer OH-Zahl von 60-25,
oder (III) Gemischen mehrerer linearer und verzweigter Polyetherpolyole. die jeweils wie unter (I) und (II) beschrieben, zusammengesetzt sind,
oder
(IV) einem Poly-THF-Ether (C4-Ether) mit mittlerem Molgewicht von 500 bis 2000
sowie auch
(V) Kombinationen aus (I), (II), (III) und (IV),
umgesetzt mit
(A) TDI (2,4-TDI zu 2,6-TDI in jedem Verhältnis) sowie daraus erhältlichen Prepolymeren,
oder
(B) TDI-Mehrkernisocyanaten sowie den daraus erhältlichen Prepolvmeren
oder
(C) MDI (4,4'-MDI, 2,4'-MDI, 2,2'-MDI m jedem Verhältnis) sowie daraus erhältlichen Prepolymeren,
oder
(D) MDI-Mehrkernisocyanaten sowie den daraus erhältlichen Prepolymeren,
oder
(E) allen weiteren, großtechnisch erhältlichen aromatischen Isocyanaten mit einer Funktionalität von mindestens 2 (NDI, p-PDI), sowie den daraus erhaltlichen Prepolymeren,
oder (F) allen weiteren großtechnisch erhältlichen ahphatischen Isocyanaten mit einer Funktionalitat von mindestens 2 (LPDI, HDI H-MDI), sowie den daraus erhältlichen Prepolymeren,
oder
(G) Isocyanatmischungen aus (A) bis (F)
Die jeweils angeführten Prepolymere in (A) bis (G) werden z B durch Umsetzung der Isocyanate mit einem wie unter (I) bis (V) beschriebenen Etherpolyol erhalten und zeichnen sich durch endstandige, reaktionsfähige NCO-Gruppen aus
Eine Umsetzung der unter (I) bis (V) beschriebenen Polyole ist ebenfalls, statt mit Isocvanaten, möglich mit (AA)Dι- und/oder hoherfunktionellen Carbonsauren wie z B Adipinsaure, Glutarsaure. Bernsteinsaure und weiteren Vertretern dieser Stoffklasse sowie auch deren Gemischen
Ferner können noch "kurzkettige" Reaktionsbestandteile wie H-,0, di- und tπfunk- tionelle OH-Verbindungen, OH-Amine, Di- und Tπamine etc mit zur Vorreaktion eingesetzt werden und mitreagiert haben und die Eigenschaften des folgend zum
Polyurethan umgesetzten Materials gezielt andern
Der Ablauf der ersten Reaktionsstufe zum Polvol, wie oben beschrieben bedarf zwar im Fall der Reaktion von Diol etc mit Dnsocyanat nicht unbedingt einer katalytischen Beschleunigung, verlauft aber nach Zusatz von Aminen Metallsalzen etc wesentlich schneller
Bei der Ether-Ester-Umsetzung (AA) sind typische Ester-Katalysatoren (Sn-, Ti- Deπvate) zu bevorzugen Die Reaktionstemperaturen liegen bevorzugt bei 20 bis 100°C (Typ A-G), sind aber auch hoher möglich und in Situation (AA) auch vorteilhaft
Die resultierende OH-Zahl des o a Umsetzungsproduktes liegt zwischen 7 bis
50 mg KOH/g, bevorzugt zwischen 10 bis 28 mg KOH/g Die Viskosität des Ausgangsproduktes wird im üblichen Temperatur-Einsatzbereich von 20 bis 50°C durch das Verfahren deutlich erhöht Da auch, wie angeführt, niedermolekulare Hydroxv- und Amin-Endgruppen-haltige Bausteine, sogar H20, mit in die beschriebene Vorreaktion eingebracht werden können, kann die Reaktion auch von einem höheren OH- bzw OH- NHX-Grup- pengehalt gestartet werden Die Viskosität ist entsprechend modifiziert zu erreichen.
Beispiele
1. OH-Prepolymer-Beispiele
Beispieltabelle
Figure imgf000008_0001
1 1 Durchfuhrung
Nach Vorlage der OH-Komponenten und Temperierung auf 50°C wird der Dabco-Anteil gelost und folgend die Isocvanatkomponente zugesetzt Nach ca 2 h wird die Viskosität bestimmt, die sich unverändert auch nach 1 d und 7 d auf gleichem Niveau befindet
1 2 Ebenfalls möglich ist die anteilige Vorlage reaktiver OH-Komponenten so daß ein aufkonzentriertes Reaktionsgemisch vorliegt, das ebenfalls bei 50°C mit dem Dabco und der Isocyanatkomponente versetzt wird Nach Abreak- tion wird die restliche Menge der OH-reaktiven Komponente zugesetzt und man erhalt ein gleich nach dem Verfahren 1 1 hergestelltes Produkt Umsetzungsbeispiele
Das unumgesetzte Basispolyol (a) der Beispieltabelle 1 wird mit folgenden Reaktionspartnern umgesetzt
A-Komponente Polyol (a) 93,87
Butandιol-1 ,4 6,00
DBTL 0,03
Dabco (kπst ) 0,10
B-Komponente MDI-Prepolymer aus 4,4'-MDI Desmodur CD und Etherpolyol (a) mit einem NCO-Gehalt von 20 %
Materialtemperaturen je 35°C
Die Mischung A B im Verhältnis 100 38 wird mit einer üblichen Nieder- druckmaschine verarbeitet und in eine Form gegossen und verschlossen Das Formteil mit einer Materialstarke von 5 mm und Dichte von 1 100 kg/m3 kann nach 4 Min entformt werden, weist aber keine Transparenz auf, sondern ist weißlich trüb
Das Umsetzungsprodukt aus Beispiel 1 1 wird in vorheriger Rezeptur eingesetzt Bei gleicher Vorgehensweise und Berücksichtigung der geringeren OH-Zahl des jetzt eingesetzten OH-Prepolymeren (A B = 100 36) laßt sich nach 4 Min ein transparentes Formteil entformen
Als Rezepturvariante für den Direktansohlungsprozeß wird folgende Variante gewählt
A-Komponente Polyol (a) 92,97
Butandιol-1,4 6,00
Ethandiol 0,50
DBTL 0,03
Dabco (kπst ) 1,00
B-Komponente (s Beispiel 2 1)
Mateπ altemperaturen je 35°C Das durch Schneckenvermischung nach dem Desma- Verfahren bereitete Reaktionsgemisch (A B = 100 41 ) wird in eine auf ca 50°C temperierte Form eingetragen und die Form nach dem Desma- Verfahren verschlossen
Nach ca 2,5 Min wird die Form geöffnet und man erhalt ein trub-weißes Formteil, an das im Folgeschritt ein weiteres PUR-Mateπal angespntzt werden konnte
Wie unter 2 3 beschrieben, bei Austausch des Polvols (a) gegen das Polyol (1 1), laßt sich beim nachgeregelten Mischungsverhältnis (A B = 100 39) nach 2,5 Min jetzt aber ein transparentes Formteil entformen, an das eben- falls im Folgeschritt ein weiteres PUR-Mateπal angespritzt werden kann

Claims

Patentansprüche
1 Zweistufiges Verfahren zur Fertigung von halbharten massiven Polyurethan-Formkorpern, die eine hohe Transparenz auch bei unterschiedlicher Formteildicke aufweisen, durch Umsetzung von
a) organischen und/oder modifizierten organischen (Poly)ιsocvanaten
Figure imgf000011_0001
b) einem Etherpolyol, wie unter (I)-(V) beschrieben das in einer ersten Stufe mit OH-reaktiven Reaktionspartnern wie aromatischen und aliphatischen Isocvanatdeπvaten zu einem OH-Endgruppen-haltigen OH-Prepolymer umgesetzt wird, mit
c) niedermolekularen Kettenverlangerungs- und/oder Vernetzungsmitteln in Gegenwart von
d) Amin- und/oder Metallsalzkatalysatoren und
e) Hilfsmitteln und Zusatzstoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß das OH-Prepolvmer (b) eine OH-Zahl von 7 bis 56 mg KOH g aufweist und keine reaktionsfähigen NCO-Gruppen mehr enthalt
2 Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Komponente b) anteilig kurzkettige Reaktionsbestandteile wie H-,0, di- und tπ- funktionelle OH- Verbindungen, OH-Amine, Di- und Tπamine enthalt die auch mit zur Reaktion zum OH-Prepolymer gebracht werden
3 Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente b) unter Zuhilfenahme von Amin- und/oder Metallsalzkatalvsatoren hergestellt wird
4 Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente b) das Reaktionsprodukt aus einem Etherpolvol und einer Di- und/ oder hoherfunktionellen Carbonsaure ist, die keine freien reaktionsfähigen Carbonsauregruppen mehr enthalt
Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Fertigung von Schuhsohl en,
Schuhsohlenbauteilen, technischen Dichtungen und mechanisch belasteten Rollkorpern
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