DE102015014864A1 - Process for the preparation of cellular, elastic polycarbonate urethane materials and the polycarbonate urethane materials - Google Patents

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Abstract

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zelligen, elastischen Polycarbonaturethan-Materialien auf der Basis von Polycarbonat-Polyurethanen mit Kohlendioxid als Treibmittel. Aufgabe der Erfindung ist es, zellige, elastische Polycarbonaturethan-Materialien einschließlich Schaumstoffe aus Polycarbonatdiolen und Polyisocyanaten in Gegenwart von Katalysatoren und ggf. weiteren Additiven herzustellen, wobei als Treibmittel ausschließlich adsorptiv gebundenes Kohlendioxid zum Einsatz kommen soll. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung von zelligen, elastischen Polycarbonaturethan-Materialien auf der Basis von Polycarbonat-Polyurethanen mit Kohlendioxid als Treibmittel aus Polycarbonatdiolen, Kettenverlängerern, Katalysatoren, Stabilisatoren und Di- und/oder Polyisocyanaten gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Umsetzung mit Polycarbonatdiolen erfolgt, die 0,1 bis 30 Gew.-% adsorbiertes Kohlendioxid enthalten.This invention relates to a process for the preparation of cellular polycarbonate urethane polycarbonate urethane based polycarbonate polyurethanes with blowing agent as the blowing agent. The object of the invention is to produce cellular, elastic polycarbonate urethane materials including foams of polycarbonate diols and polyisocyanates in the presence of catalysts and optionally further additives, with exclusively adsorptively bound carbon dioxide being used as blowing agent. According to the invention, the object is achieved with a process for the preparation of cellular, elastic polycarbonate urethane materials based on polycarbonate-polyurethanes with carbon dioxide as blowing agent from polycarbonate diols, chain extenders, catalysts, stabilizers and di- and / or polyisocyanates, which is characterized in that the reaction is carried out with polycarbonate diols containing 0.1 to 30 wt .-% adsorbed carbon dioxide.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zelligen, elastischen Polycarbonaturethan-Materialien auf der Basis von Polycarbonat-Polyurethanen mit Kohlendioxid als Treibmittel aus Polycarbonatdiolen, Kettenverlängerern, Katalysatoren, Stabilisatoren und Di- und/oder Polyisocyanaten sowie die Polycarbonaturethan-Materialien.This invention relates to a process for the preparation of cellular polycarbonate urethane polycarbonate-based polyurethanes with carbon dioxide blowing agents from polycarbonate diols, chain extenders, catalysts, stabilizers and di- and / or polyisocyanates, and the polycarbonate urethane materials.

Die Materialien werden z. B. als Dichtungen in Gehäusen angewendet.The materials are z. B. used as seals in housings.

Die Herstellung von Polyurethanen aus Polycarbonatdiolen oder Polycarbonatpolyolen ist bekannt. Insbesondere werden thermoplastische Polyurethane auf der Basis von Polypropylencarbonatdiolen hergestellt, siehe z. B. DE 10 2012 218 846 und DE 10 2012 218 848 , EP 1 288 241 oder WO 2014/060348 . Polycarbonatdiole werden z. B. aus Alkylenoxiden und Alkylcarbonaten hergestellt, aus Alkylenoxiden und Kohlendioxid, aus aliphatischen Diolen mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Kette (siehe z. B. EP 0 302 712 ) oder aus cycloaliphatischen Diolen, siehe z. B. US 2009/0030242 .The preparation of polyurethanes from polycarbonate diols or polycarbonate polyols is known. In particular, thermoplastic polyurethanes are prepared on the basis of Polypropylencarbonatdiolen, see, for. B. DE 10 2012 218 846 and DE 10 2012 218 848 . EP 1 288 241 or WO 2014/060348 , Polycarbonate diols are z. From alkylene oxides and alkyl carbonates, from alkylene oxides and carbon dioxide, from aliphatic diols having from 4 to 6 carbon atoms in the chain (see eg. EP 0 302 712 ) or from cycloaliphatic diols, see, for. B. US 2009/0030242 ,

Polyurethan-Weichschaumstoffe werden aus Polycarbonatdiolen in der WO 2008/058193 beschrieben. Hier werden die Polycarbonatdiole an Stelle üblicher Polyetheralkohole mit Standard-Formulierungs-Bestandteilen einschließlich Standard-Treibmitteln umgesetzt. In der WO 2013/053665 werden Schuhsohlen, d. h. zellige Elastomere, auf der Basis von Polycarbonatdiolen beschrieben. Auch hier werden zur Erzielung der Zelligkeit Treibmittel zugesetzt.Polyurethane flexible foams are made of polycarbonate diols in the WO 2008/058193 described. Here, the polycarbonate diols are reacted in place of conventional polyether alcohols with standard formulation ingredients including standard blowing agents. In the WO 2013/053665 Shoe soles, ie cellular elastomers, are described on the basis of polycarbonate diols. Again, blowing agents are added to achieve cellulosity.

In der WO 2012/069414 werden Polyurethanharze mit einem Carbonatgruppengehalt von 1,5 bis 25% beschrieben und in der WO 2010/084872 , werden Polycarbonat-Polyurethane mit Carboxylgruppen für ionische Polyurethane beschrieben, wobei die Polycarbonatdiole aus einem cycloaliphatischen Diol gestartet werden.In the WO 2012/069414 polyurethane resins are described with a carbonate group content of 1.5 to 25% and in the WO 2010/084872 , Polycarbonate polyurethanes are described with carboxyl groups for ionic polyurethanes, wherein the polycarbonate diols are started from a cycloaliphatic diol.

In der CA 2840738 (24.01.2014) werden 2K-Systeme zur Herstellung von Spritzschäumen ohne Verwendung von Isocyanaten beschrieben: Zur Herstellung der Spritzschaumstoffe wird eine übliche Technologie mit Spritzpistolen aus zwei Vorrats-Behältern angewendet.In the CA 2840738 (24.01.2014) describes two-component systems for the production of spray foams without the use of isocyanates: For the production of spray foams, a common technology with spray guns from two storage containers is used.

Aufgabe der Erfindung ist es, zellige, elastische Polycarbonaturethan-Materialien einschließlich Schaumstoffe aus Polycarbonatdiolen und Polyisocyanaten in Gegenwart von Katalysatoren und ggf. weiteren Additiven herzustellen, wobei als Treibmittel ausschließlich adsorptiv gebundenes Kohlendioxid zum Einsatz kommen soll.The object of the invention is to produce cellular, elastic polycarbonate urethane materials including foams of polycarbonate diols and polyisocyanates in the presence of catalysts and optionally further additives, with exclusively adsorptively bound carbon dioxide being used as blowing agent.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung von zelligen, elastischen Polycarbonaturethan-Materialien auf der Basis von Polycarbonat-Polyurethanen mit Kohlendioxid als Treibmittel aus Polycarbonatdiolen, Kettenverlängerern, Katalysatoren, Stabilisatoren und Di- und/oder Polyisocyanaten gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Umsetzung mit Polycarbonatdiolen erfolgt, die 0,1 bis 30 Gew.-% adsorbiertes Kohlendioxid enthalten.According to the invention, the object is achieved with a process for the preparation of cellular, elastic polycarbonate urethane materials based on polycarbonate-polyurethanes with carbon dioxide as blowing agent from polycarbonate diols, chain extenders, catalysts, stabilizers and di- and / or polyisocyanates, which is characterized in that the reaction is carried out with polycarbonate diols containing 0.1 to 30 wt .-% adsorbed carbon dioxide.

Darüber hinaus erfolgt die Lösung der Aufgabe mit zelligen, elastischen Polycarbonaturethan-Materialien, herstellbar gemäß einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9.In addition, the object is achieved with cellular, elastic polycarbonate urethane materials, prepared according to a method according to claims 1 to 9.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments are specified in the subclaims.

Danach werden die Polycarbonatdiole in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch Umsetzung von aliphatischen Diolen und Alkylcarbonaten oder von Alkylenoxiden und Kohlendioxid hergestellt.Thereafter, the polycarbonate diols are prepared in an advantageous embodiment by reacting aliphatic diols and alkyl carbonates or of alkylene oxides and carbon dioxide.

In einer Weiterbildung erfolgt eine Erhöhung der erforderlichen Menge an adsorbiertem Kohlendioxid durch Einleiten von CO2 bei Temperaturen von 0 bis 100°C, vorzugsweise 20 bis 80°C, bei einem Überdruck von 0,01 bis 10 bar in das oder die Polycarbonatdiole und eine Erniedrigung der Menge durch Erwärmen des beladenen Polycarbonatdiols auf Temperaturen oberhalb 50°C bei vermindertem Druck, z. B. unter 100 mbar, insbesondere unter 10 mbar.In a further development, an increase in the required amount of adsorbed carbon dioxide by introducing CO 2 at temperatures of 0 to 100 ° C, preferably 20 to 80 ° C, at an overpressure of 0.01 to 10 bar in the or the polycarbonate diols and a Lowering the amount by heating the loaded polycarbonate diol to temperatures above 50 ° C at reduced pressure, e.g. B. below 100 mbar, especially below 10 mbar.

Weitere Ausgestaltungen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Polycarbonatdiole mit Diisocyanaten in Gegenwart von zinnorganischen Katalysatoren und siliciumorganischen Verbindungen als Stabilisatoren, dass die Polycarbonatdiole mit Diisocyanaten in Gegenwart von zinnorganischen Katalysatoren bzw. dass die Polycarbonatdiole mit Triisocyanaten in Gegenwart von zinnorganischen Katalysatoren und siliciumorganischen Verbindungen als Stabilisatoren umgesetzt werden.Further embodiments are characterized in that the polycarbonate diols with diisocyanates in the presence of organotin catalysts and organosilicon compounds as stabilizers that the polycarbonate diols with diisocyanates in the presence of organotin catalysts or that the polycarbonate diols reacted with triisocyanates in the presence of organotin catalysts and organosilicon compounds as stabilizers become.

In einer Weiterbildung werden als Triisocyanate Trimere von aliphatischen oder cycloaliphatischen Diisocyanaten umgesetzt.In a further development, trimers of aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates are reacted as triisocyanates.

Als Isocyanate werden vorteilhafterweise symmetrische Trimere (Hexahydrotriazintrione) aliphatischer Diisocyanate umgesetzt.As isocyanates, symmetrical trimers (hexahydrotriazintriones) of aliphatic diisocyanates are advantageously reacted.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass als Isocyanate asymmetrische Trimere (Iminooxadiazindione mit drei endständigen Isocyanatgruppen) auf der Basis von aliphatischen Diisocyanaten umgesetzt werden.A further embodiment provides that as isocyanates asymmetric trimers (iminooxadiazinediones having three terminal isocyanate groups) are reacted on the basis of aliphatic diisocyanates.

Überraschend wurde gefunden, dass Polycarbonatdiole, die aus einem oder mehreren aliphatischen Diolen und Kohlendioxid und/oder aliphatischen cyclischen Carbonaten und/oder Dicarbonaten sowie Polycarbonatdiole, die aus Alkylenoxiden und Kohlendioxid hergestellt werden, nach der Synthese noch eine mehr oder weniger große Menge Kohlendioxid adsorbiert enthalten. Die Menge schwankt je nach dem Carbonatgehalt der Polycarbonatdiole und in Abhängigkeit von der Art und dem Verhältnis der verwendeten Diole zwischen 0,1 und 30 Gew.-% bezogen auf das Polycarbonatdiol. Da diese Menge schwankt, ist zur Herstellung von zelligem Material eine exakte Einstellung des Kohlendioxidgehalts und seine Kontrolle über GC-MS erforderlich. Surprisingly, it has been found that polycarbonate diols which contain one or more aliphatic diols and carbon dioxide and / or aliphatic cyclic carbonates and / or dicarbonates and also polycarbonate diols which are prepared from alkylene oxides and carbon dioxide have a greater or lesser amount of carbon dioxide adsorbed after the synthesis , Depending on the carbonate content of the polycarbonate diols and depending on the nature and the ratio of the diols used, the amount varies between 0.1 and 30% by weight, based on the polycarbonate diol. Since this amount varies, the preparation of cellular material requires a precise adjustment of carbon dioxide content and its control over GC-MS.

Die Adsorption des Kohlendioxids erfolgt einerseits bereits im Rahmen der Synthese der Polycarbonatdiole. Das adsorbierte Kohlendioxid kann durch Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC-MS) quantitativ bestimmt werden. Die Bestimmung an handelsüblichen Polycarbonatdiolen ergab Werte im Bereich von 5 bis 10 Gew.-%. Die maximal mögliche adsorbierte Menge an Kohlendioxid an das Polycarbonatdiol scheint ein Molekül Kohlendioxid je Carbonatgruppe zu sein. Die Einstellung der adsorbierten Menge kann

  • (a) durch Einleiten von zusätzlichem CO2 bei Temperaturen von 0 bis 100°C, vorzugsweise 20 bis 80°C in das Polycarbonatdiol unter einem Überdruck von 0,01 bis 10 bar oder
  • (b) durch Erwärmen des beladenen Polycarbonatdiols auf Temperaturen oberhalb 50°C bei vermindertem Druck, z. B. unter 100 mbar, insbesondere unter 10 mbar
erfolgen.The adsorption of the carbon dioxide takes place on the one hand already in the context of the synthesis of the polycarbonate diols. The adsorbed carbon dioxide can be quantified by gas chromatography / mass spectrometry (GC-MS). The determination of commercial polycarbonate diols gave values in the range of 5 to 10 wt .-%. The maximum possible adsorbed amount of carbon dioxide to the polycarbonate diol appears to be one molecule of carbon dioxide per carbonate group. The adjustment of the adsorbed amount can
  • (A) by introducing additional CO 2 at temperatures of 0 to 100 ° C, preferably 20 to 80 ° C in the polycarbonate diol under an overpressure of 0.01 to 10 bar or
  • (b) by heating the loaded polycarbonate diol to temperatures above 50 ° C at reduced pressure, e.g. B. below 100 mbar, especially below 10 mbar
respectively.

Insbesondere durch Temperaturerhöhung und ggf. vermindertem Druck lässt sich die Menge an adsorbiertem Kohlendioxid einstellen. Geeignete Bedingungen zur Abspaltung des Kohlendioxids sind z. B. 80°C und 1 bis 0,1 Torr Druck ggf. unter Rühren.In particular, by increasing the temperature and optionally reduced pressure, the amount of adsorbed carbon dioxide can be adjusted. Suitable conditions for the elimination of carbon dioxide are, for. B. 80 ° C and 1 to 0.1 Torr pressure, if necessary with stirring.

Als Polycarbonatdiole kommen in Frage:

  • (a) Polyalkylencarbonatdiole aus Alkylenoxiden und Kohlendioxid oder cyclischen Carbonaten oder Biscarbonaten, die Gegenwart bestimmter Katalysatoren, z. B. Doppelmetallcyanid-Katalysatoren, hergestellt werden;
  • (b) Polycarbonatdiole auf der Basis von Diolen wie Butan-1,4-diol, Pentan-1,5-diol, Hexan-1,6-diol, Octan-1,8-diol etc. und Kohlendioxid oder cyclischen Carbonaten oder Dicarbonaten;
  • (c) Polycarbonatdiole auf der Basis cycloaliphatischer Diole wie Cyclohexan-1,4-dimethanol, Cyclohexan-1,4-diol etc. und Kohlendioxid oder cyclischen Carbonaten oder Dicarbonaten.
Suitable polycarbonate diols are:
  • (A) Polyalkylencarbonatdiole from alkylene oxides and carbon dioxide or cyclic carbonates or biscarbonates, the presence of certain catalysts, eg. For example, double metal cyanide catalysts;
  • (b) polycarbonate diols based on diols such as butane-1,4-diol, pentane-1,5-diol, hexane-1,6-diol, octane-1,8-diol, etc., and carbon dioxide or cyclic carbonates or dicarbonates ;
  • (c) Polycarbonate diols based on cycloaliphatic diols such as cyclohexane-1,4-dimethanol, cyclohexane-1,4-diol, etc., and carbon dioxide or cyclic carbonates or dicarbonates.

Bevorzugt werden Polycarbonatdiole aus Gemischen von geradzahligen und ungeradzahligen Diolen und Carbonaten, besonders bevorzugt Polycarbonatdiole auf der Basis von Gemischen aus Pentan-1,5-diol und Hexan-1,6-diol. Ebenfalls bevorzugt werden Polycarbonatdiole aus einem aliphatischen Diol. Weiterhin bevorzugt werden Polycarbonatdiole auf der Basis niedermolekularer Etherdiole wie Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Triethylenglykol oder Tripropylenglykol.Preference is given to polycarbonate diols from mixtures of even and odd-numbered diols and carbonates, more preferably polycarbonate diols based on mixtures of pentane-1,5-diol and hexane-1,6-diol. Also preferred are polycarbonate diols of an aliphatic diol. Also preferred are polycarbonate diols based on low molecular weight ether diols such as diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol or tripropylene glycol.

Solche Polycarbonatdiole sind bekannt und beschrieben z. B. in EP 1 288 241 , US 2011/0230580 , US 2011/0190471 , EP 2 213 696 , WO 2014/072336 , US 2009/0030242 , EP 2 390 277 , WO 2008/013731 , US 2013/0066044 etc. Auf dem Markt sind solche Polyole von der UBE Corp. unter dem Handelsnamen ETHERNACOLL®, von der Novomer Inc. unter dem Handelsnamen CONVERGE® und von der Bayer Materials Science erhältlich.Such polycarbonate diols are known and described, for. In EP 1 288 241 . US 2011/0230580 . US 2011/0190471 . EP 2 213 696 . WO 2014/072336 . US 2009/0030242 . EP 2 390 277 . WO 2008/013731 . US 2013/0066044 etc. Such polyols are marketed by UBE Corp. available under the trade name ETHERNACOLL ®, from the Novomer Inc. under the trade name CONVERGE ® and from Bayer Materials Science.

Die Polycarbonatdiole werden mit Di- und/oder Polyisocyanaten umgesetzt. Geeignet sind alle technisch relevanten Di- oder Polyisocyanate. Es können sowohl aromatische, aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische Diisocyanate, technische Produkte wie rohes 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, modifizierte Diisocyanate wie bei Raumtemperatur flüssiges Diphenylmethandiisocyanat (entweder mittels Carbodiimid verflüssigt oder als Isomerengemisch bei Zimmertemperatur flüssig), mit Di- und/oder Polyolen und/oder Di- und/oder Polyaminen umgesetzte Diisocyanate, sog. Prepolymere, oder Triisocyanate, die durch Umsetzung mit Wasser in Form von Biuretisocyanaten oder durch Trimerisierung von Diisocyanaten erhalten werden, wobei die Trimerisierung symmetrisch oder asymmetrisch sein kann.The polycarbonate diols are reacted with di- and / or polyisocyanates. Suitable are all industrially relevant di- or polyisocyanates. It is possible to use both aromatic, aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic diisocyanates, technical products such as crude 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, modified diisocyanates such as diphenylmethane diisocyanate liquid at room temperature (either liquefied by means of carbodiimide or liquid at room temperature as isomer mixture), with diols and / or polyols and / or di- and / or polyamines reacted diisocyanates, so-called prepolymers, or triisocyanates, which are obtained by reaction with water in the form of biuretisocyanates or by trimerization of diisocyanates, wherein the trimerization may be symmetrical or asymmetric.

Bevorzugt werden als Diisocyanate 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat einschließlich seiner modifizierten Varianten, Toluylendiisocyanat-2,4 oder -2,6 oder Gemische davon, Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, Tris-1,3,5-(6-isocyanatohexyl)-hexahydrotriazin, Tris-1,3,5-(6-isocyanatocyclohexyl)-hexahydrotriazintrion, Iminooxadiazindione mit drei endständigen Isocyanatgruppen auf der Basis von Hexan-1,6-diisocyanat, Methylpentandiisocyanat, Trimethylhexandiisocyanat, Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan, Norbornandiisocyanat, sowie beliebige Mischungen davon.4,4'-diphenylmethane diisocyanate including its modified variants, toluene diisocyanate-2,4 or -2,6 or mixtures thereof, hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, tris-1,3,5- (6 -isocyanatohexyl) hexahydrotriazine, tris-1,3,5- (6-isocyanatocyclohexyl) hexahydrotriazinetrione, iminooxadiazinediones having three terminal isocyanate groups based on hexane-1,6-diisocyanate, methylpentane diisocyanate, trimethylhexane diisocyanate, bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, norbornane diisocyanate , as well as any mixtures thereof.

Als Katalysatoren werden die bekannten Urethanbildungskatalysatoren verwendet, d. h. teriäre Amine, metallorganische Katalysatoren, Alkalimetallcarboxylate. Bevorzugt werden zinnorganische und wismutorganische Verbindungen, ggf. im Gemisch miteinander.As catalysts, the known urethane-forming catalysts are used, d. H. teriary amines, organometallic catalysts, alkali metal carboxylates. Preference is given to organotin and bismuth organic compounds, if appropriate mixed with one another.

Als Kettenverlängerer werden aliphatische oder cycloaliphatische Diole oder Etherdiole verwendet, z. B. Butan-1,4-diol, Pentan-1,5-diol, Hexan-1,6-diol, Octan-1,8-diol, 2-Ethyl-1,3-hexandiol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Triethylenglykol oder Tripropylenglykol oder Gemische davon. As a chain extender aliphatic or cycloaliphatic diols or ether diols are used, for. Butane-1,4-diol, pentane-1,5-diol, hexane-1,6-diol, octane-1,8-diol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol or Tripropylene glycol or mixtures thereof.

Als weitere Zusatzstoffe können Feststoffe, insbesondere nanoskalige Metalloxide, Halbmethalloxide oder Metalloxidhydroxide, Flammschutzmittel, Farbstoffe, Pigmente etc. verwendet werden.As further additives, it is possible to use solids, in particular nanoscale metal oxides, semimetal oxides or metal oxide hydroxides, flame retardants, dyes, pigments, etc.

Als elastische zellige Materialien werden solche Materialien verstanden, die eine Dichte im Bereich von 80 bis 900 g/dm3 und eine sichtbare Zelligkeit aufweisen. Dabei können die Zellen homogen oder inhomogen im Material verteilt sein, gleichmäßig oder ungleichmäßig groß sein, offen oder geschlossen sein. Darunter fallen auch elastische Schaumstoffe mit höherer Dichte und einer Zellgrößenverteilung, die jeweils um +/–70% von einem Mittelwert verschieden sein kann.Elastic cellular materials are understood to mean those materials which have a density in the range from 80 to 900 g / dm 3 and a visible cell density. The cells may be distributed homogeneously or inhomogeneously in the material, be uniform or unevenly large, be open or closed. This also includes elastic foams with higher density and a cell size distribution, which can be different by +/- 70% from an average value.

Die Verarbeitung kann nach dem Ein-Stufen- oder Zwei-Stufen-Verfahren im Handansatz, mit Mischmaschinen, mit Beuteltechnik oder Kartuschentechnik erfolgen. Das Einstufen-Verfahren aus zwei vorgemischten Komponenten wird dabei bevorzugt.The processing can be carried out by the one-step or two-step process by hand, with mixing machines, with bag technology or cartridge technology. The one-step process of two premixed components is preferred.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin dass gegenüber den bekannten Verfahren wie

  • (a) der Erzeugung von Kohlendioxid als Treibmittel durch Reaktion von Isocyanaten mit Wasser, wodurch ein Teil des (teuren) Isocyanats verbraucht wird oder
  • (b) dem Einsatz von Flüssig-Kohlendioxid mit spezieller Maschinentechnik unter hohem Druck („frothing” Verfahren), was eine komplexe Maschinentechnik und besondere Formulierungen voraussetzt,
das Treibmittel mit der Hauptkomponente der Formulierung bereits mitgeliefert wird und kein spezielles chemisches oder physikalisches Treibmittel zugesetzt werden muss, wodurch einerseits die Menge an Isocyanaten gering gehalten und andererseits der Einsatz Fluor- oder Fluorchlor-organischer Verbindungen vermieden wird. Dadurch wird ein ökologisch besonders verträgliches Verfahren zur Herstellung von Materialien mit Dichten unter 1 g/cm3 zur Verfügung gestellt.The advantage of the invention is that over the known methods such as
  • (A) the production of carbon dioxide as a blowing agent by reaction of isocyanates with water, whereby a part of the (expensive) isocyanate is consumed or
  • (b) the use of liquid carbon dioxide with special machine technology under high pressure ("frothing" process), which requires a complex machine technology and special formulations,
the propellant with the main component of the formulation is already included and no special chemical or physical propellant must be added, whereby on the one hand the amount of isocyanates kept low and on the other hand the use of fluorine or fluorochloro-organic compounds is avoided. As a result, an ecologically particularly compatible process for the production of materials with densities below 1 g / cm 3 is provided.

Durch Nutzung des adsorptiv gebundenen Kohlendioxids werden vorteilhafte Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials erreicht. Hier sei insbesondere auf die Kombination von geringer Härte, hoher Elastizität und sehr hoher Rückstellkraft sowie bei den zelligen Materialien hoher Stauchhärte ohne den Einbau der ansonsten üblichen Harnstoffstrukturen verwiesen. Die sehr hohen Rückstellkräfte bei geringer Härte, z. B. im Bereich der Shore-A-Härte 25 bis 35, machen diese Materialien zu Kandidaten für besondere Polymere mit Formgedächtnis-Eigenschaften.By using the adsorptively bound carbon dioxide advantageous properties of the material according to the invention are achieved. Reference should be made in particular to the combination of low hardness, high elasticity and very high restoring force as well as the cellular materials high compressive strength without the installation of the usual urea structures. The very high restoring forces at low hardness, z. In the range of Shore A hardness 25 to 35, these materials make candidates for particular polymers with shape memory properties.

BeispieleExamples

Beispiel 1example 1

Aus 19,8 g eines Polycarbonatdiols auf der Basis von Hexan-1,6-diol der Molmasse 2200 und 4,76% adsorbiertem Kohlendioxid, 0,9 g Butan-1,4-diol, 0,06 g Dibutylzinn-bis(2-ethylhexylthioglykolat) und 0,0235 g TEGOSTAB® B 8433 wird eine A-Komponente durch intensives Verrühren bei Zimmertemperatur (2 Stunden) hergestellt. Zu dieser A-Komponente werden unter 30 s Rühren 5,9 g flüssiges 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (Lupranat® MP 105 der BASF SE) gegeben. Das Gemisch schäumt auf, das zellige elastomere Material ist nach 90 s klebfrei. Es weist eine Dichte von 422 g/dm3 auf.From 19.8 g of a polycarbonate diol based on hexane-1,6-diol of molecular weight 2200 and 4.76% adsorbed carbon dioxide, 0.9 g of butane-1,4-diol, 0.06 g of dibutyltin bis (2 -ethylhexylthioglykolat) and 0.0235 g TEGOSTAB ® B 8433 is prepared a a-component by intensive stirring at room temperature (2 hours). S stirring are added 5.9 g of liquid 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (Lupranat ® MP 105 of BASF SE) under 30 to this A component. The mixture foams, the cellular elastomeric material is tack-free after 90 s. It has a density of 422 g / dm 3 .

Beispiel 2Example 2

Das Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch werden 6,7 g des Isocyanats zugegeben. Es wird nach 85 s ein nach 120 s klebfreies zelliges elastomeres Material (Schaumstoff) der Dichte von 246 g/dm3 mit einer mittleren Zellgröße von 1,7 mm (offene Zellen) erhalten, der eine Shore-A-Härte von 38 aufweist und dabei eine Stauchhärte von 12 N/mm2.Example 1 is repeated except that 6.7 g of the isocyanate are added. It is after 85 s a after 120 s non-stick cellular elastomeric material (foam) density of 246 g / dm 3 with an average cell size of 1.7 mm (open cells) obtained, which has a Shore A hardness of 38 and while a compression hardness of 12 N / mm 2 .

Beispiel 3Example 3

Es wird wie in Beispiel 1 verfahren, jedoch werden als Stabilisator 0,0373 g DC 193 der Dow Corning Corp. an Stelle des TEGOSTAB® 68433 zugegeben. Die Umsetzung startet nach 28 s, das zellige elastomere Material ist nach 76 s klebfrei, hat eine Dichte von 367 g/dm3 und eine Shore-A-Härte von 45.The procedure is as in Example 1, but 0.0373 g of DC 193 Dow Corning Corp. are used as the stabilizer. added in place of TEGOSTAB ® 68,433th The reaction starts after 28 s, the cellular elastomeric material is tack-free after 76 s, has a density of 367 g / dm 3 and a Shore A hardness of 45.

Beispiel 4Example 4

Es wird wie in Beispiel 3 verfahren, jedoch werden folgende Mengen eingesetzt:
59,4 g Polycarbonatdiol wie oben mit 5,33% Kohlendioxid
2,025 g Butan-1,4diol,
0,15 g Zinndioctoat
0,05 g DC 193
13,5 g Lupranat® MP 105
The procedure is as in Example 3, but the following amounts are used:
59.4 g of polycarbonate diol as above with 5.33% carbon dioxide
2.025 g of butane-1,4-diol,
0.15 g of tin dioctoate
0.05 g DC 193
13.5 g Lupranat® ® MP 105

Die Reaktion beginnt nach 26 s, nach 90 s ist ein weißes, feinporiges zelliges elastomeres Material (Schaumstoff) der Dichte 416 g/dm3 mit einem Maximum der Zellgrößenverteilung bei 0,9 mm gebildet, das nach 80 s klebfrei ist und eine Shore-A-Härte von 31 aufweist.The reaction begins after 26 s, after 90 s is a white, fine-pored cellular elastomeric material (foam) of density 416 g / dm 3 formed with a maximum cell size distribution at 0.9 mm, which is tack-free after 80 s and a Shore A hardness of 31 has.

Beispiel 5 Example 5

Es wird wie in Beispiel 4 verfahren, jedoch mit folgender Zusammensetzung:
59,4 g Polycarbonatdiol aus einem Gemisch von Pentan-1,5-diol und Hexan-1,6-diol mit 7,18% Kohlendioxid durch Beladung bei 50°C unter 1 bar Druck in 30 min
2,025 g Butan-1,4diol,
0,15 g Zinndioctoat
0,05 g DC 193
13,5 g Lupranat® MP 105
The procedure is as in Example 4, but with the following composition:
59.4 g of polycarbonate diol from a mixture of pentane-1,5-diol and hexane-1,6-diol with 7.18% carbon dioxide by loading at 50 ° C under 1 bar pressure in 30 min
2.025 g of butane-1,4-diol,
0.15 g of tin dioctoate
0.05 g DC 193
13.5 g Lupranat® ® MP 105

Die Reaktion beginnt nach 22 s, nach 70 s ist ein weißes, feinporiges zelliges elastomeres Material (Schaumstoff) der Dichte 275 g/dm3 mit einem Maximum der Zellgrößenverteilung bei 0,6 mm gebildet, das nach 90 s klebfrei ist und eine Shore-A-Härte von 35 aufweist.The reaction begins after 22 s, after 70 s is a white, fine-pored cellular elastomeric material (foam) of density 275 g / dm 3 formed with a maximum cell size distribution at 0.6 mm, which is tack-free after 90 s and a Shore A hardness of 35 has.

Beispiel 6Example 6

Das Beispiel 5 wird wiederholt, jedoch werden an Stelle des Lupranat® MP105 14,1 g Desmodur® N 3300 (trimerisiertes Hexan-1,6-diisocyanat) der Bayer Materials Science verwendet.Example 5 is repeated but 14.1 g MP105 Desmodur ® N 3300 (trimerized hexane-1,6-diisocyanate), Bayer Materials Science be used in place of Lupranat ®.

Die Reaktion beginnt nach 45 s, nach 140 s ist ein weißes, feinporiges zelliges elastomeres Material (Schaumstoff) der Dichte 356 g/dm3 gebildet, das nach 180 s klebfrei ist und eine Shore-A-Härte von 30 sowie eine Stauchhärte von 9 N/mm2 aufweist.The reaction begins after 45 s, 140 s after a white, fine-pored cellular elastomeric material (foam) of density 356 g / dm 3 is formed, which is tack-free after 180 s and a Shore A hardness of 30 and a compression hardness of 9 N / mm 2 .

Beispiel 7Example 7

Wie in Beispiel 1 wird eine A-Komponente hergestellt aus
198 g Polypropylencarbonatdiol (Molmasse 2000), dessen CO2-Gehalt durch Einleiten von CO2 bei 45°C in einer Stunde unter Rühren auf 8,2 Gew.-% eingestellt wurde,
20,1 g Dipropylenglykol
0,08 g TEGOSTAB® 8433
0,3 g Katalysator Gemisch aus Zinnbis(neodecanoat) und Dibutylzinn-bis(2-ethylhexylthioglykolat) im Verhältnis 1:1
As in Example 1, an A component is prepared from
198 g of polypropylene carbonate diol (molar mass 2000) whose CO 2 content was adjusted to 8.2% by weight by introducing CO 2 at 45 ° C. in one hour with stirring,
20.1 g of dipropylene glycol
0.08 g TEGOSTAB ® 8433
0.3 g of catalyst mixture of tin bis (neodecanoate) and dibutyltin bis (2-ethylhexyl thioglycolate) in the ratio 1: 1

Indem zunächst der Kettenverlängerer Dipropylenglykol mit den Katalysatoren eine Stunde mit 200 min–1 vorgemischt wird und dann unter Rühren in das Polycarbonatdiol gegeben wird, dieses Gemisch weitere drei Stunden gemischt werden.By first premixing the chain extender dipropylene glycol with the catalysts for one hour at 200 rpm and then adding with stirring into the polycarbonate diol, this mixture is mixed for a further three hours.

Das Gemisch wird unter Rühren umgesetzt mit
72,5 g asymmetrisch trimerisiertem Hexan-1,6-diisocyanat (Desmodur® N 3900)
The mixture is reacted with stirring
72.5 g asymmetrically trimerized hexane-1,6-diisocyanate (Desmodur ® N 3900)

Die Reaktion beginnt nach 45 s, nach 190 s ist ein weißes zelliges elastomeres Material der Dichte 366 g/dm3 gebildet, der nach 270 s klebfrei ist und eine Shore-A-Härte von 39 und eine Stauchhärte von 12 N/mm2 aufweist.The reaction begins after 45 s, after 190 s, a white cellular elastomeric material of density 366 g / dm 3 is formed, which is tack-free after 270 s and has a Shore A hardness of 39 and a compression hardness of 12 N / mm 2 ,

Beispiel 8Example 8

Wie in Beispiel 7 wird eine A-Komponente hergestellt aus
99 g Polycarbonatdiol auf der Basis Hexan-1,6-diol mit 4,96 Gew.-% adsorbiertem CO2
13,4 g Dipropylenglykol
0,3 g Katalysatorgemisch aus Zinnbis(neodecanoat) und Dibutylzinn-bis(2-ethylhexylthioglykolat) im Verhältnis 2: 1
As in Example 7, an A component is made up
99 g polycarbonate diol based on hexane-1,6-diol with 4.96 wt .-% adsorbed CO 2
13.4 g of dipropylene glycol
0.3 g of catalyst mixture of tin bis (neodecanoate) and dibutyltin bis (2-ethylhexylthioglycolate) in the ratio 2: 1

Das Gemisch wird unter Rühren umgesetzt mit
54,4 g asymmetrisch trimerisiertem Hexan-1,6-diisocyanat (Desmodur® N 3900)
The mixture is reacted with stirring
54.4 g asymmetrically trimerized hexane-1,6-diisocyanate (Desmodur ® N 3900)

Die Reaktion beginnt nach 40 s, nach 200 s ist ein weißes zelliges elastomeres Material der Dichte 522 g/dm3 gebildet, der nach 240 s klebfrei ist und eine Shore-A-Härte von 43 aufweist.The reaction begins after 40 seconds, after 200 seconds a white cellular elastomeric material of density 522 g / dm 3 is formed which is tack-free after 240 seconds and has a Shore A hardness of 43.

Beispiel 9Example 9

Ein Polycarbonatdiol wird hergestellt aus Hexan-1,6-diol und Diethylcarbonat in Gegenwart von Doppelmetall-Katalysatoren. Nach der Herstellung und dem Entfernen des Ethanols weist das Polycarbonatdiol eine Molmasse Mn (Maximum des GPC-Peaks) von 2265 und eine Hydroxylzahl von 51,3 mg KOH/g auf. Nach GC-MS beträgt der Gehalt an CO2 1,26 Gew.-%. 2500 g dieses Polycarbonatdiols werden in einer Miniplant aus Edelstahl auf 58°C unter Rühren erwärmt und Kohlendioxid eingeleitet, bis der Druck im Reaktor 7,66 Bar beträgt. Nach dem Abkühlen beträgt der Gehalt an CO2 9,55 Gew.-% nach GC-MS.A polycarbonate diol is prepared from hexane-1,6-diol and diethyl carbonate in the presence of double metal catalysts. After the preparation and removal of the ethanol, the polycarbonate diol has a molecular weight M n (maximum of the GPC peak) of 2265 and a hydroxyl value of 51.3 mg KOH / g. According to GC-MS, the content of CO 2 is 1.26% by weight. 2500 g of this polycarbonate diol are heated in a stainless steel miniplant to 58 ° C. with stirring and carbon dioxide is introduced until the pressure in the reactor is 7.66 bar. After cooling, the content of CO 2 is 9.55 wt .-% by GC-MS.

Beispiel 10Example 10

In einem Druckreaktor werden bei 32 Bar Propylenoxid und Kohlendioxid in zwei Strömen bei einer von 30 auf 120°C ansteigenden Temperatur in Gegenwart von Doppelmetall-Katalysatoren in fünf Stunden umgesetzt. Es wird ein Polypropylencarbonatdiol mit 32,2 Gew.-% CO2 in der Kette und 12,3 Gew.-% adsorbiert erhalten.In a pressure reactor at 32 bar propylene oxide and carbon dioxide are reacted in two streams at a temperature rising from 30 to 120 ° C in the presence of double metal catalysts in five hours. A polypropylene carbonate diol containing 32.2% by weight of CO 2 in the chain and 12.3% by weight is adsorbed.

250 g dieses Polypropylencarbonatdiols werden am Rotationsverdampfer bei 75°C und 0,1 Torr 2 Stunden verarbeitet. Nach dem Abkühlen wird ein Gehalt an adsorbiertem Kohlendioxid von 2,12 Gew.-% mittels GC-MS bestimmt.250 g of this polypropylene carbonate diol are processed on a rotary evaporator at 75 ° C. and 0.1 torr for 2 hours. After cooling, an adsorbed carbon dioxide content of 2.12 wt.% Is determined by GC-MS.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung von zelligen, elastischen Polycarbonaturethan-Materialien auf der Basis von Polycarbonat-Polyurethanen mit Kohlendioxid als Treibmittel aus Polycarbonatdiolen, Kettenverlängerern, Katalysatoren, Stabilisatoren und Di- und/oder Polyisocyanaten dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung mit Polycarbonatdiolen erfolgt, die 0,1 bis 30 Gew.-% adsorbiertes Kohlendioxid enthalten.A process for the preparation of cellular, elastic Polycarbonateaturethan materials based on polycarbonate-polyurethanes with carbon dioxide blowing agent from Polycarbonatdiolen, chain extenders, catalysts, stabilizers and di- and / or polyisocyanates characterized in that the reaction is carried out with polycarbonate diols, the 0.1 to 30 wt .-% adsorbed carbon dioxide. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polycarbonatdiole durch Umsetzung von aliphatischen Diolen und Alkylcarbonaten oder von Alkylenoxiden und Kohlendioxid hergestellt werden,A method according to claim 1, characterized in that the polycarbonate diols are prepared by reacting aliphatic diols and alkyl carbonates or of alkylene oxides and carbon dioxide, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erhöhung der erforderlichen Menge an adsorbiertem Kohlendioxid durch Einleiten von CO2 bei Temperaturen von 0 bis 100°C, vorzugsweise 20 bis 80°C, bei einem Überdruck von 0,01 bis 10 bar in das oder die Polycarbonatdiole und eine Erniedrigung der Menge durch Erwärmen des beladenen Polycarbonatdiols auf Temperaturen oberhalb 50°C bei vermindertem Druck, z. B. unter 100 mbar, insbesondere unter 10 mbar erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that an increase in the required amount of adsorbed carbon dioxide by introducing CO 2 at temperatures of 0 to 100 ° C, preferably 20 to 80 ° C, at an overpressure of 0.01 to 10 bar in the or the polycarbonate diols and a reduction in the amount by heating the loaded polycarbonate diol to temperatures above 50 ° C at reduced pressure, for. B. below 100 mbar, especially below 10 mbar. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polycarbonatdiole mit Diisocyanaten in Gegenwart von zinnorganischen Katalysatoren und siliciumorganischen Verbindungen als Stabilisatoren umgesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the polycarbonate diols are reacted with diisocyanates in the presence of organotin catalysts and organosilicon compounds as stabilizers. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polycarbonatdiole mit Diisocyanaten in Gegenwart von zinnorganischen Katalysatoren umgesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the polycarbonate diols are reacted with diisocyanates in the presence of organotin catalysts. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polycarbonatdiole mit Triisocyanaten in Gegenwart von zinnorganischen Katalysatoren und siliciumorganischen Verbindungen als Stabilisatoren umgesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the polycarbonate diols are reacted with triisocyanates in the presence of organotin catalysts and organosilicon compounds as stabilizers. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Triisocyanate Trimere von aliphatischen oder cycloaliphatischen Diisocyanaten umgesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that are reacted as triisocyanates trimers of aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Isocyanate symmetrische Trimere (Hexahydrotriazintrione) aliphatischer Diisocyanate umgesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that as isocyanates symmetrical trimers (Hexahydrotriazintrione) of aliphatic diisocyanates are reacted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Isocyanate asymmetrische Trimere (Iminooxadiazindione mit drei endständigen Isocyanatgruppen) auf der Basis von aliphatischen Diisocyanaten umgesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that as isocyanates asymmetric trimers (iminooxadiazinediones with three terminal isocyanate groups) are reacted on the basis of aliphatic diisocyanates. Zellige, elastische Polycarbonaturethan-Materialien, herstellbar gemäß einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9.Cellular, elastic polycarbonate urethane materials producible according to a process according to claims 1 to 9.
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