DE10003156A1 - Polyurethane foam for adsorbing chemicals or gases or for purifying waste water contains immobilized ethyleneimine, polyethyleneimines and/or alkali(ne earth) hydroxides - Google Patents
Polyurethane foam for adsorbing chemicals or gases or for purifying waste water contains immobilized ethyleneimine, polyethyleneimines and/or alkali(ne earth) hydroxidesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Polyurethanschaumstoffe, beispielsweise Weich-, Halbhart- oder Hartschaumstoffe, bevorzugt offenzellige Schaumstoffe, bevorzugt hydrophile Schaumstoffe, enthaltend (i) Ethylenimin, Polyethylenimin, Polyvinylamin, carboxymethylierte Polyethylenimine, phosphonomethylierte Polyethylenimine, quarter nisierte Polyethylenimine und/oder dithiocarbamitisierte Poly ethylenimine, deren Verwendung und Verfahren zu ihrer Her stellung.The invention relates to polyurethane foams, for example Soft, semi-rigid or rigid foams, preferably open-celled Foams, preferably hydrophilic foams, containing (i) Ethyleneimine, polyethyleneimine, polyvinylamine, carboxymethylated Polyethyleneimines, phosphonomethylated polyethyleneimines, quarter nized polyethyleneimines and / or dithiocarbamitized poly ethylenimines, their use and processes for their manufacture position.
Die Herstellung von Polyurethanschaumstoffen, im folgenden auch als PUR-Schaumstoffe bezeichnet, durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei reaktiven Wasserstoffatomen ist seit langem bekannt und wurde vielfach beschrieben.The production of polyurethane foams, below also known as PUR foams, by implementing Polyisocyanates with compounds with at least two reactive Hydrogen atoms have been known for a long time and have become numerous described.
Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften von PUR-Schaum stoffen beispielsweise hinsichtlich ihres geringen Abriebs und ihrer Chemikalienbeständigkeit eignen sich diese Schaum stoffe prinzipiell hervorragend als Trägermaterialien für Wirkstoffe. Die Trägerung auf Polymeren bietet sowohl für physikalische als auch chemische Prozesse gegenüber unge trägerten Verfahren die Vorteile heterogener Reaktionen. Dazu gehören beispielsweise die leichte Entfernung und Rück gewinnung von Verbindungen, z. B. durch einfache Filtration oder Regeneration, das Recycling und die Möglichkeit zur Verwendung in kontinuierlichen Flußverfahren sowie die hohe Wirksamkeit, bedingt durch die große Oberfläche des Trägermaterials. Häufig werden als geträgerte Wirkstoffe Komplexbildner verwendet.Because of the advantageous properties of PUR foam fabrics, for example, with regard to their low abrasion and their chemical resistance make these foams suitable in principle, excellent materials as carrier materials for Active ingredients. The support on polymers offers both for physical as well as chemical processes compared to un methods supported the advantages of heterogeneous reactions. These include, for example, easy removal and return obtaining connections, e.g. B. by simple filtration or Regeneration, recycling and the possibility of using it in continuous flow processes as well as the high effectiveness, due to the large surface area of the carrier material. Frequently complexing agents are used as supported active ingredients.
So beschreibt WO 95/18159 die Herstellung eines Ionenaustauscher materials auf der Basis eines Polyurethanschaumes, wobei das Ionenaustauschermaterial entweder bereits den Ausgangssubstanzen zur Herstellung der Schaumstoffes zugegeben wird oder nach träglich auf dem Schaumstoff polymerisiert wird. Als Ionen austauschermaterial werden eine Vielzahl von Polymeren aufge führt, unter anderem Polystyrol-polyethylenimin. Die Verwendung eines Polystyrol-polyethylenimin ist aus zwei Gründen nachteilig. Zum Einen muß das Polyethylenimin erst in einem zusätzlichen Arbeitsschritt an das Polystyrol gebunden werden. Zum Anderen ist die effektiv eingebrachte Wirkstoffmenge durch das nicht als Wirkstoff geeignete Polystyrol geringer, als bei einem direktem Einsatz von Polyethylenimin.For example, WO 95/18159 describes the production of an ion exchanger materials based on a polyurethane foam, the Ion exchange material either already the starting substances for the production of the foam is added or after is polymerized sluggishly on the foam. As ions A variety of polymers are added to the exchange material leads, among other things polystyrene-polyethyleneimine. The usage A polystyrene-polyethyleneimine is disadvantageous for two reasons. On the one hand, the polyethyleneimine has to be added first Work step to be bound to the polystyrene. On the other hand is the effective amount of active ingredient introduced by the not as Active ingredient suitable polystyrene less than a direct one Use of polyethyleneimine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Polymere mit hervor ragenden Adsorptionsfähigkeiten für verschiedene Verbindungen, insbesondere für Schwermetallionen zu entwickeln.The object of the present invention was to provide polymers with excellent adsorption capabilities for different compounds, to develop especially for heavy metal ions.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung konnte durch die eingangs beschriebenen Polyurethanschaumstoffe gelöst werden, die bevor zugt (i) kovalent gebunden an das Polymere des Schaumstoffes enthalten.The object of the present invention was achieved by the described polyurethane foams are solved before pulls (i) covalently bound to the polymer of the foam contain.
Als Komplexbildner, d. h. Verbindungen (i) werden erfindungsgemäß Ethylenimin, Polyethylenimin, Polyvinylamin, carboxymethylierte Polyethylenimine, phosphonomethylierte Polyethylenimine, quarter nisierte Polyethylenimine und/oder dithiocarbamitisierte Poly ethylenimine eingesetzt.As a complexing agent, i. H. Compounds (i) are according to the invention Ethyleneimine, polyethyleneimine, polyvinylamine, carboxymethylated Polyethyleneimines, phosphonomethylated polyethyleneimines, quarter nized polyethyleneimines and / or dithiocarbamitized poly ethyleneimine used.
Beispielsweise kommen in Betracht: Ethylenimin, Polyethylenimine mit einem Molekulargewichtsbereich von 500 bis 30000 g/mol, carboxymethylierte Polyethylenimine mit einem Molekulargewichts bereich von 1000 bis 50000 g/mol, phosphonomethylierte Poly ethylenimine mit einem Molekulargewichtsbereich von 1000 bis 50000 g/mol, quarternisierte Polyethylenimine mit einem Mole kulargewichtsbereich von 1000 bis 50000 g/mol, dithiocarba mitisierte Polyethylenimine mit einem Molekulargewichtsbereich von 1000 bis 50000 g/mol, Polyvinylamine.Examples include: ethyleneimine, polyethyleneimines with a molecular weight range of 500 to 30000 g / mol, carboxymethylated polyethyleneimines with a molecular weight range from 1000 to 50000 g / mol, phosphonomethylated poly ethyleneimines with a molecular weight range of 1000 to 50000 g / mol, quaternized polyethyleneimines with one mole molecular weight range from 1000 to 50000 g / mol, dithiocarba mitized polyethyleneimines with a molecular weight range from 1000 to 50000 g / mol, polyvinylamines.
Bevorzugt sind als (i) Polyethylenimin, carboxymethyliertes Poly ethylenimin und/oder Polyvinylamin.Preferred as (i) polyethyleneimine, carboxymethylated poly ethyleneimine and / or polyvinylamine.
Die Adsorptionsfähigkeit für einzelne Substanzen wird durch den geträgerten Komplexbildner (i) gesteuert. Als Trägermaterialien haben sich Polyurethanschaumstoffe als besonders geeignet erwiesen.The adsorption capacity for individual substances is determined by the supported complexing agent (i) controlled. As carrier materials polyurethane foams have been particularly suitable proven.
Neben der Adsorption von Schwermetallionen sind die hergestellten Schaumstoffe auch zur Adsorption anionischer Schwermetallkomplexe oder Anionen geeignet. Zusätzlich können die Schaumstoffe zur Adsorption organischer Moleküle (bspw.: Aldehyde) oder sauerer Gase eingesetzt werden.In addition to the adsorption of heavy metal ions, the produced Foams also for the adsorption of anionic heavy metal complexes or anions. In addition, the foams can Adsorption of organic molecules (e.g. aldehydes) or acidic Gases are used.
Die Komplexbildner (i) können durch zwei verschiedene Verfahren auf dem Polyurethanschaumstoff geträgert werden.The complexing agents (i) can be prepared by two different methods be supported on the polyurethane foam.
Zum einen kann die Herstellung des Polyurethanschaumstoffs durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanaten reaktiven Wasserstoffatomen in Gegenwart von (i) durchführt werden. Aus den Komplexbildnern (i) können aber auch durch Reaktion mit Isocyanat Prepolymere hergestellt werden, darunter versteht man, Umsetzungsprodukte der Komplexbildner und Polyisocyanaten, die am Kettenende freie Isocyanatgruppen auf weisen. Die Prepolymeren und Quasiprepolymeren und ihre Her stellung sind allgemein bekannt und vielfach beschrieben.On the one hand, the production of the polyurethane foam can be carried out by Reaction of polyisocyanates with compounds with at least two hydrogen atoms reactive with isocyanates in the presence of (i) be carried out. From the complexing agents (i) can can also be prepared by reaction with isocyanate prepolymers, this means the reaction products of the complexing agents and Polyisocyanates that have free isocyanate groups at the chain end point. The prepolymers and quasi-prepolymers and their manufacturers position are well known and widely described.
Zum anderen kann man den Polyurethanschaumstoff nach seiner Her stellung mit (i) tränken. Durch das Tränken des Schaumstoffes mit dem flüssigen Komplexbildner (i) bzw. einer Lösung des festen oder flüssigen Komplexbildners in einem geeigneten Löse mittel wird (i) auf dem Schaumstoff imprägniert. Als Lösemittel eignen sich protische Lösemittel, beispielsweise Wasser, Aceton, i-Propanol, Methylethylketon oder Halogenalkane wie 1,2-Dichlor- methan. Aus den mit Komplexbildner getränkten Schaumstoffen kann anschließend das Lösemittel entfernt werden. Dies kann ge schehen durch einfaches Anlegen eines Vakuums oder durch Trocknen bei Temperaturen bis max. 50°C. Durch Temperaturbehandlung bei Temperaturen zwischen 50 und 150°C über einen Zeitraum von 4 bis 72 Stunden können die Komplexbildner (i) auf den Schaumstoff auf reagieren und damit kovalent angebunden werden.On the other hand, you can make the polyurethane foam according to its manufacture soak the position with (i). By soaking the foam with the liquid complexing agent (i) or a solution of solid or liquid complexing agent in a suitable solution medium is (i) impregnated on the foam. As a solvent Protic solvents are suitable, for example water, acetone, i-propanol, methyl ethyl ketone or haloalkanes such as 1,2-dichloro- methane. From the foams soaked with complexing agents the solvent can then be removed. This can ge done by simply applying a vacuum or by drying at temperatures up to max. 50 ° C. By temperature treatment at Temperatures between 50 and 150 ° C over a period of 4 to The complexing agent (i) can be applied to the foam for 72 hours react and thus be covalently connected.
Zu einer besseren Fixierung des Komplexbildners (i) kann der Schaumstoff mit einem Isocyantüberschuß hergestellt werden - in diesem Fall kann der Komplexbildner über verbleibende Isocyant gruppen am Schaumgerüst fixiert werden.For better fixation of the complexing agent (i), the Foam can be made with an excess of isocyanates - in In this case, the complexing agent can have residual isocyanate groups are fixed to the foam structure.
Der Schaumstoff kann auch vorab mit einer verdünnten Isocyanat lösung getränkt werden. Der so präparierte Schaumstoff wird dann anschließend mit der Komplexbildnerlösung getränkt. Auch hier kann der Komplexbildner über die Isocyanatgruppen auf dem Schaum gebunden werden.The foam can also be pre-diluted with a diluted isocyanate solution can be soaked. The foam thus prepared is then then soaked with the complexing agent solution. Here too can the complexing agent on the isocyanate groups on the foam be bound.
Bei einer nachträglichen Tränkung der Schaumstoffe mit komplex bildnerhaltigen Lösung ist die Aufnahmekapazität des Schaum stoffes auch von der Art und Polarität des Lösemittels abhängig, in dem der Wirkstoff gelöst wurde. Speziell die Verwendung von Aceton als bevorzugtem Lösungsmittel für die Verbindung (i) erhöht die Kapazität des Schaumstoffes für (i).With a subsequent impregnation of the foams with complex solution containing the image is the absorption capacity of the foam also depends on the type and polarity of the solvent, in which the active ingredient was dissolved. Especially the use of Acetone as the preferred solvent for the compound (i) increases the capacity of the foam for (i).
Die durch Tränken auf den Schaumstoff aufgebrachten Komplex bildner (i) können gegebenenfalls in einem weiteren Schritt auf dem Schaumstoff vernetzt werden. Als Vernetzer sind beispiels weise nichtflüchtige PEG-bisglycidylether oder vergleichbare Funktionalitäten, oder Polycarbonsäuren geeignet. Die zur Ver netzung benötigten Temperaturen liegen für die Ether bei 80°C für die Polycarbonsäuren bei 120 bis 130°C. The complex applied to the foam by soaking If necessary, formers (i) can be added in a further step crosslink the foam. As crosslinkers are for example as non-volatile PEG bisglycidyl ether or comparable Functionalities, or suitable polycarboxylic acids. The ver The temperatures required for the ether are 80 ° C for the polycarboxylic acids at 120 to 130 ° C.
Die erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffe weisen bevorzugt einen Gehalt an (i) von 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Schaumstoffs, auf.The polyurethane foams according to the invention preferably have a content of (i) of 0.1 to 50 wt .-%, based on the Weight of the foam.
Die erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffe finden bevorzugt Anwendung bei der. Adsorption von Schwermetallionen aus Flüssig keiten. Allerdings können die Schaumstoffe auch zur Adsorption von anionischen Schwermetallkomplexen, Anionen, saueren Ver bindungen und organischen Substanzen wie bspw. Formaldehyd ein gesetzt werden. Die Schaumstoffe können ebenfalls zur Gaswäsche bspw. als Ozonfilter in PKWs eingesetzt werden.The polyurethane foams according to the invention are preferred Application in the. Adsorption of heavy metal ions from liquid keiten. However, the foams can also be used for adsorption of anionic heavy metal complexes, anions, acidic ver bonds and organic substances such as formaldehyde be set. The foams can also be used for gas scrubbing For example, can be used as an ozone filter in cars.
Die Metallionen, insbesondere Schwermetallionen, die durch die erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffe bevorzugt adsorbiert werden können, ergeben sich aus der Wahl des geträgerten Komplex bildners. Einige Schwermetalle (besonders Quecksilber und Blei) werden auch von dem Polyurethanschaumstoff adsorbiert, dadurch entsteht eine zusätzliche Verstärkung der Abreicherung. Durch die geträgerten Komplexbildner werden insbesondere Kupfer, Nickel, Cobalt, Cadmium, Quecksilber, Blei, Chrom, Mangan, Eisen, Rhenium, Silber, Zink adsorbiert.The metal ions, especially heavy metal ions, by the Polyurethane foams according to the invention preferably adsorbed can result from the choice of the supported complex educator. Some heavy metals (especially mercury and lead) are also adsorbed by the polyurethane foam, thereby there is an additional increase in depletion. By the supported complexing agents are especially copper, Nickel, cobalt, cadmium, mercury, lead, chrome, manganese, Iron, rhenium, silver, zinc adsorbed.
Als Flüssigkeiten, aus denen die Schwermetallionen adsorbiert werden können, sind prinzipiell alle Flüssigkeiten geeignet, in denen die Ionen löslich, sind, und die die Polyurethanschaummatrix nicht zerstören. Insbesondere geeignet sind Wasser, gegebenen falls polare, wassermischbare organische Lösungsmittel sowie beliebige Mischungen der genannten Verbindungen. Bei wäßrigen Lösungen sollte der Anteil an organischen Lösungsmitteln bevor zugt nicht höher als 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Lösung, betragen, da ansonsten bei der Adsorption eine partielle Entmischung auftreten kann, die zu Störungen bei der Adsorption führt.As liquids from which the heavy metal ions are adsorbed in principle, all liquids are suitable in which the ions are soluble in, and which the polyurethane foam matrix do not destroy. Water is particularly suitable if polar, water-miscible organic solvents and any mixtures of the compounds mentioned. With watery Solutions should be ahead of the percentage of organic solvents does not exceed 30% by weight, based on the weight of the Solution, because otherwise a partial adsorption Separation can occur, which leads to disturbances in the adsorption leads.
Bevorzugt wird die Schwermetallionen enthaltende Flüssigkeit mit dem erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoff enthaltend (i) in Kontakt gebracht. Der Polyurethanschaumstoff kann dabei als geometrischer Formkörper, z. B. als Würfel oder Kugeln, oder in geflockter Form in die Flüssigkeit eingebracht, in dieser ge rührt und nach der Adsorption wieder entfernt werden, beispiels weise mittels Filtration. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Polyurethanschaumstoff beispielsweise in einem Rohr oder einer Kartusche fixiert und die Flüssigkeit durch diesen fixierten Schaum geleitet werden. Die Fixierung des Schaumes kann beispielsweise als Festbett in einer Austauscher säule erfolgen. Als günstig hat es sich erwiesen, den zerkleinerten Schaum als Filterbett anzubringen und die Austauschlösung über dieses Filter zu leiten.The liquid containing heavy metal ions is preferred with the polyurethane foam according to the invention containing (i) brought into contact. The polyurethane foam can be used as geometric shape, e.g. B. as cubes or balls, or introduced into the liquid in a flocked form, in this ge stirred and removed after adsorption, for example by filtration. In a further embodiment of the Invention, the polyurethane foam, for example in fixed a tube or a cartridge and the liquid passed through this fixed foam. The fixation of the Foam can be used, for example, as a fixed bed in an exchanger column. It has proven to be cheap, the shredded one Attach foam as a filter bed and the replacement solution to pass through this filter.
Gut geeignet für das erfindungsgemäße Verfahren sind geflockte Schaumstoffe, da hier die zugängliche Oberfläche besonders hoch ist.Flocculated are very suitable for the process according to the invention Foams because the accessible surface is particularly high is.
Die Adsorption sollte vorzugsweise bei einem pH-Wert im Bereich zwischen 2 bis 12, vorzugsweise von 4 bis 10 stattfinden. Die Einstellung des pH-Wertes kann dabei mittels Pufferlösungen vor genommen werden. Bei einem Ausfall der Metallhydroxide können diese ebenfalls an den Schaumstoff physisorbiert werden und damit abgetrennt werden. Als Puffer können bekannte Pufferlösungen für diesen pH-Bereich gewählt werden, wie z. B. ein Citrat-Puffer oder ein Phosphat-Puffer.Adsorption should preferably be at a pH in the range take place between 2 to 12, preferably from 4 to 10. The The pH value can be adjusted using buffer solutions be taken. In the event of a failure of the metal hydroxides these are also physisorbed onto the foam and thus be separated. Known buffer solutions for this pH range can be selected, e.g. B. a citrate buffer or a phosphate buffer.
Nachdem sich die Austauschkapazität der erfindungsgemäß ein gesetzten Polyurethanschaumstoffe erschöpft hat, kann gegebenen falls durch Säuren oder Komplexbildner eine Extraktion der auf konzentrierten Metallionen erreicht werden. Der funktionalisierte Schaumstoff kann nach der Regeneration erneut eingesetzt werden.After the exchange capacity of the invention set polyurethane foams may have given if extraction by acids or complexing agents concentrated metal ions can be achieved. The functionalized Foam can be used again after regeneration.
Ist eine Regenerierung des Schaumstoffs nicht oder nur schwer möglich, so kann dieser kostengünstig thermisch verwertet werden. Die entsprechenden Metalle können gegebenenfalls als Legierungs bestandteil in Hochofenmetallen enthalten sein.It is difficult or difficult to regenerate the foam possible, this can be used thermally at low cost. The corresponding metals can optionally be used as alloys component can be contained in blast furnace metals.
Durch die Adsorption radioaktiver Verbindungen, Atome oder Ionen kann eine Sammlung der strahlenden Bestandteile erfolgen. Die dadurch erreichte Volumenaufkonzentration ist von hohem ökonomischen Vorteil. Die so belasteten PUR-Schaumstoffe können dann gegebenenfalls einbetoniert oder dauerhaft versiegelt werden. Danach ist eine Endlagerung möglich.By adsorbing radioactive compounds, atoms or The radiating components can be collected by ions. The resulting volume concentration is high economic advantage. The PUR foams so loaded can then, if necessary, concreted in or permanently sealed become. Final storage is then possible.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Adsorberschäume sind vorzugs weise in einem Temperaturbereich von < 0°C bis 110°C einsetzbar, wobei bei Temperaturen < 90°C nur eine begrenzte Standzeit zu erwarten ist.The adsorbent foams used according to the invention are preferred can be used in a temperature range from <0 ° C to 110 ° C, with a limited service life at temperatures <90 ° C is expected.
Bevorzugt ist entsprechend die Verwendung der erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffen zur Adsorption von Schwermetallionen aus Flüssigkeiten. Accordingly, the use of the invention is preferred Polyurethane foams for the adsorption of heavy metal ions Liquids.
Die erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffe sind vorzugsweise offenzellig, um eine möglichst große Oberfläche für den Kontakt zwischen den Komplexbildner (i) und der Flüssigkeit, die welche die zu adsorbierenden Metallionen enthält, zu gewährleisten.The polyurethane foams according to the invention are preferred open-celled to have the largest possible surface for contact between the complexing agent (i) and the liquid which which contains the metal ions to be adsorbed.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Polyurethanschaumstoffe hydrophil einzustellen, dadurch wird eine optimale Benetzung des Schaumstoffs mit einer Flüssigkeit, welche zu adsorbierende Metallionen enthält, ermöglicht. Die Hydrophilie der Polyurethan- Schaumstoffe kann beispielsweise durch die Verwendung von Poly etherolen mit einem hohen Gehalt an Ethylenoxid in der Kette erhöht werden.It is also advantageous to use the polyurethane foams Adjust hydrophilic, this ensures optimal wetting the foam with a liquid to be adsorbed Contains metal ions. The hydrophilicity of the polyurethane Foams can, for example, by using poly etherols with a high content of ethylene oxide in the chain increase.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Poly urethanschaumstoffe weisen vorzugsweise eine Dichte von 10 bis 800 kg/m3, besonders bevorzugt von 20 bis 700 kg/m3 und ins besondere von 40 bis 60 kg/m3 auf.The polyurethane foams produced by the process according to the invention preferably have a density of 10 to 800 kg / m 3 , particularly preferably 20 to 700 kg / m 3 and in particular 40 to 60 kg / m 3 .
Die Herstellung von Polyurethanschaumstoffen durch Umsetzung von Isocyanaten, beispielsweise Polyisocyanaten, mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanaten reaktiven Wasserstoffatomen ist allgemein bekannt.The production of polyurethane foams by implementing Isocyanates, for example polyisocyanates, with compounds with is at least two hydrogen atoms reactive with isocyanates well known.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethane können die Isocyanate mit den Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen im Beisein der Treibmittel sowie gegebenenfalls Katalysatoren und/oder Hilfsmittel und/oder Zusatzstoffe zur Reaktion gebracht. Hierbei werden die Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen sowie die genannten Treibmittel, Katalysatoren und Hilfs- und/oder Zusatz stoffe häufig vor der Umsetzung zu einer sogenannten Polyol komponente vereinigt und diese mit der Isocyanatkomponente zusammengebracht.To produce the polyurethanes according to the invention, the Isocyanates with the compounds with at least two active Hydrogen atoms in the presence of the blowing agent and, if appropriate Catalysts and / or auxiliaries and / or additives for Brought reaction. Here, the connections with at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups and the named blowing agents, catalysts and auxiliary and / or additive substances often before the conversion to a so-called polyol component combined and this with the isocyanate component brought together.
Zu den für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglichen Einsatzprodukten, d. h. den Isocyanaten, den Verbindung mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen, den Treibmitteln sowie gegebenenfalls den Katalysatoren und/oder den Hilfs- und/oder Zusatzstoffen ist im einzelnen folgendes zu sagen:For the implementation of the method according to the invention possible input products, d. H. the isocyanates, the compound with at least two active hydrogen atoms, the blowing agents and optionally the catalysts and / or the auxiliary and / or additives, the following can be said in detail:
Als Isocyanate, bevorzugt Polyisocyanate, besonders bevorzugt Diisocyanate, bevorzugt organische Diisocyanate können die üblichen und bekannten (cyclo)aliphatischen und aromatischen Polyisocyanate eingesetzt werden. Beispiele für aromatische Poly isocyanate sind 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat (TDI), 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diphenylmethan-diisocyanat (MDI), Polyphenylen- polymethylen-polyisocyanate (Roh-MDI), 1,5-Naphthylendiisocyanat. As isocyanates, preferably polyisocyanates, particularly preferred Diisocyanates, preferably organic diisocyanates, can usual and known (cyclo) aliphatic and aromatic Polyisocyanates are used. Examples of aromatic poly isocyanates are 2,4- and 2,6-tolylene diisocyanate (TDI), 4,4'-, 2,4'- and 2,2'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), polyphenylene polymethylene polyisocyanates (raw MDI), 1,5-naphthylene diisocyanate.
Beispiele für (cyclo)aliphatische Di- oder Tri-isocyanate sind Tetramethylendiisocyanat-1,4, Hexamethylendiisocyanat-1,6, Iso phorondiisocyanat, 2-Methyl-pentamethylendiisocyanat, 2,2,4- oder 2,4,4-Trimethyl-1,6-hexamethylen-diisocyanat, 2-Butyl-2-ethyl- pentamethylendiisocyanat, 1,4-Diisocyanatocyclohexan, 3-Iso cyanatomethyl-1-methyl-1-isocyanatocyclohexan, Isocyanatopropyl- cyclohexylisocyanat, Xylylendiisocyanat, Tetramethylxylylendi isocyanat, Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)-methan, Lysinesteriso cyanate, 1,3- oder 1,4-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan, 4-Iso cyanatomethyl-1,8-octamethylendiisocyanat sowie deren Mischungen oder die daraus hergestellten Oligo- oder Polyisocyanate.Examples of (cyclo) aliphatic di- or tri-isocyanates are 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, iso phorone diisocyanate, 2-methyl-pentamethylene diisocyanate, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate, 2-butyl-2-ethyl pentamethylene diisocyanate, 1,4-diisocyanatocyclohexane, 3-iso cyanatomethyl-1-methyl-1-isocyanatocyclohexane, isocyanatopropyl- cyclohexyl isocyanate, xylylene diisocyanate, tetramethylxylylene di isocyanate, bis (4-isocyanatocyclohexyl) methane, lysine ester iso cyanates, 1,3- or 1,4-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, 4-iso cyanatomethyl-1,8-octamethylene diisocyanate and mixtures thereof or the oligo- or polyisocyanates prepared therefrom.
Die Oligo- oder Polyisocyanate lassen sich herstellen aus den genannten Di- oder Triisocyanaten oder deren Mischungen durch Verknüpfung mittels Urethan-, Allophanat-, Harnstoff-, Biuret-, Uretdion-, Amid-, Isocyanurat-, Carbodiimid-, Uretonimin-, Oxa diazintrion- oder Iminooxadiazindion-Strukturen.The oligo- or polyisocyanates can be produced from the mentioned di- or triisocyanates or mixtures thereof Linkage using urethane, allophanate, urea, biuret, Uretdione, amide, isocyanurate, carbodiimide, uretonimine, oxa diazintrione or iminooxadiazinedione structures.
Die genannten Isocyanate können auch modifiziert sein, beispiels weise durch Einbau von Carbodiimidgruppen. Häufig werden die Polyisocyanate auch in Form von Prepolymeren eingesetzt. Dabei handelt es sich um Umsetzungsprodukte der genannten Polyiso cyanate mit Polyolkomponenten. Zumeist werden sogenannte Iso cyanatprepolymere verwendet, das heißt solche Umsetzungsprodukte von Polyolen und Polyisocyanaten, die am Kettenende freie Iso cyanatgruppen aufweisen. Die Prepolymeren und Quasiprepolymeren und ihre Herstellung sind allgemein bekannt und vielfach be schrieben. Für das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere Prepolymere mit einem NCO-Gehalt im Bereich von 25 bis 3,5 Gew.-% eingesetzt.The isocyanates mentioned can also be modified, for example wise by incorporating carbodiimide groups. Often they are Polyisocyanates also used in the form of prepolymers. there are reaction products of the named Polyiso cyanates with polyol components. Mostly so-called iso cyanate prepolymers used, that is, such reaction products of polyols and polyisocyanates, the free iso at the chain end have cyanate groups. The prepolymers and quasi-prepolymers and their manufacture are well known and in many cases wrote. In particular, for the method according to the invention Prepolymers with an NCO content in the range from 25 to 3.5% by weight used.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens werden als Isocyanatkomponente, MDI und/oder Roh-MDI sowie Biurete, Isocyanurate, sowie Allophanate auf Basis ali phatische Isocyanate, eingesetzt werden.In a preferred embodiment of the Ver are as isocyanate component, MDI and / or raw MDI as well as biurets, isocyanurates, and allophanates based on ali phatic isocyanates can be used.
Als Verbindung mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen werden vorzugsweise Polyesteralkohole und besonders bevorzugt Polyetherole mit einer Funktionalität von 2 bis 8, insbesondere von 2 bis 4, vorzugsweise 2 bis 3 und einem Molekulargewicht im Bereich von 1000 bis 8500 g/mol, vorzugsweise 1000 bis 6000 eingesetzt. Zu den Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen gehören auch die Kettenverlängerungs- und Ver netzungsmittel, die gegebenenfalls mitverwendet werden können. Als Kettenverlängerungs- und Vernetzungsmittel dienen vorzugs weise 2- und 3-funktionelle Alkohole mit Molekulargewichten kleiner 1000 g/mol, insbesondere im Bereich von 60 bis 150. As a compound with at least two active hydrogen atoms are preferably polyester alcohols and particularly preferred Polyetherols with a functionality of 2 to 8, in particular from 2 to 4, preferably 2 to 3 and a molecular weight in the range of 1000 to 8500 g / mol, preferably 1000 to 6000 used. Connections with at least two active Hydrogen atoms also include the chain extension and ver wetting agents that can be used if necessary. Preferred as chain extenders and crosslinking agents as 2- and 3-functional alcohols with molecular weights less than 1000 g / mol, in particular in the range from 60 to 150.
Beispiele sind Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Polyethlenglykol mit einem Molekulargewicht kleiner 1000, Polypropylenglykol mit einem Molekulargewicht kleiner 1000 und/oder Butandiol-1,4. Als Vernetzungsmittel können auch Diamine eingesetzt werden. Falls Kettenverlängerungs- und Vernetzungsmittel eingesetzt werden, beträgt deren Menge vorzugs weise bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Isocyanate.Examples are ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, Dipropylene glycol, polyethylene glycol with a molecular weight less than 1000, polypropylene glycol with a molecular weight less than 1000 and / or 1,4-butanediol. Can be used as a crosslinking agent diamines can also be used. If chain extension and Crosslinking agents are used, the amount is preferred up to 5 wt .-%, based on the weight of the isocyanates.
Als Katalysatoren für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffe können die üblichen und bekannten Polyurethanbildungskatalysatoren eingesetzt, beispielsweise organische Zinnverbindungen, wie Zinndiacetat, Zinndioctoat, Dialkylzinndilaurat, und/oder stark basische Amine wie Triethyl amin, Pentamethyldiethylentriamin, Tetramethyldiaminoethylether, 1,2-Dimethylimidazol, Dimethylcyclohexylamin, Dimethylbenzylamin oder vorzugsweise Triethylendiamin. Die Katalysatoren werden vor zugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Isocyanate, eingesetzt.As catalysts for the preparation of the invention Polyurethane foams can be the usual and known Polyurethane formation catalysts used, for example organic tin compounds, such as tin diacetate, tin dioctoate, Dialkyltin dilaurate, and / or strongly basic amines such as triethyl amine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethyldiaminoethyl ether, 1,2-dimethylimidazole, dimethylcyclohexylamine, dimethylbenzylamine or preferably triethylenediamine. The catalysts are before preferably in an amount of 0.01 to 5% by weight, preferably 0.05 up to 2% by weight, based on the weight of the isocyanates.
Als Treibmittel zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe wird bevorzugt Wasser eingesetzt, das mit den Isocyanatgruppen unter Freisetzung von Kohlendioxid reagiert. Gemeinsam mit oder an Stelle von Wasser können auch physikalisch wirkende Treibmittel, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, wie n-, iso- oder Cyclopentan, oder halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrafluorethan, Penta fluorpropan, Heptafluorpropan, Pentafluorbutan, Hexafluorbutan, Dichlor-monofluorethan oder Acetale wie z. B. Methylal eingesetzt werden. Die Menge des physikalischen Treibmittels liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 1 bis 15 Gew.-%, insbesondere 1 bis 10 Gew.-%, die Menge an Wasser vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen.As a blowing agent for the production of polyurethane foams preferably water used with the isocyanate groups under Release of carbon dioxide reacts. Together with or at Instead of water, physically active blowing agents, for example hydrocarbons, such as n-, iso- or cyclopentane, or halogenated hydrocarbons, such as tetrafluoroethane, penta fluoropropane, heptafluoropropane, pentafluorobutane, hexafluorobutane, Dichloro-monofluoroethane or acetals such. B. methylal used become. The amount of physical blowing agent lies there preferably in the range between 1 to 15% by weight, in particular 1 to 10 wt .-%, the amount of water preferably in the range between 0.5 to 10% by weight, in particular 1 to 5% by weight on the weight of connections with at least two active Hydrogen atoms.
Als Hilfsmittel und/oder Zusatzstoffe können beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Schaumstabilisatoren, Zellregler, äußere und innere Trennmittel, Füllstoffe, Pigmente, Hydrolyse schutzmittel sowie fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen eingesetzt werden.As auxiliaries and / or additives, for example surface-active substances, foam stabilizers, cell regulators, external and internal release agents, fillers, pigments, hydrolysis protective agents as well as fungistatic and bacteriostatic Substances are used.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffe werden die Polyisocyanate und die Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen vorzugs weise in einer solchen Menge zur Reaktion gebracht, daß das Äquivalenzverhältnis von Isocyanatgruppen zur Summe der aktiven Wasserstoffatome 0,7 bis 1,8 : 1, vorzugsweise 0,7 bis 1,20 : 1 beträgt. In the production of the polyurethane foams according to the invention the polyisocyanates and the compounds with at least two preferred hydrogen atoms reactive with isocyanate groups reacted in such an amount that the Equivalence ratio of isocyanate groups to the sum of the active ones Hydrogen atoms 0.7 to 1.8: 1, preferably 0.7 to 1.20: 1 is.
Die Herstellung der Polyurethanschaumstoffe erfolgt vorzugs weise nach dem one-shot-Verfahren, beispielsweise mit Hilfe der Hochdruck- oder Niederdrucktechnik. Die Schaumstoffe können in offenen oder geschlossenen metallischen Formwerkzeugen oder durch das kontinuierliche Auftragen des Reaktionsgemisches auf Band straßen zur Erzeugung von Schaumblöcken hergestellt werden.The production of polyurethane foams is preferred wise according to the one-shot process, for example with the help of High pressure or low pressure technology. The foams can be in open or closed metallic molds or through continuous application of the reaction mixture to tape roads for the production of foam blocks.
Besonders vorteilhaft ist es, nach dem sogenannten Zwei komponentenverfahren zu arbeiten, bei dem, wie oben ausgeführt, eine Polyol- und eine Isocyanatkomponente hergestellt und mit einander verschäumt werden. Die Komponenten werden vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich zwischen 15 bis 90°C, vorzugsweise 20 bis 60°C und besonders bevorzugt 20 bis 35°C vermischt und in das Formwerkzeug, beziehungsweise auf die Bandstraße gebracht. Die Temperatur im Formwerkzeug liegt zumeist im Bereich zwischen 20 und 110°C, vorzugsweise 30 bis 60°C und besonders bevorzugt 35 bis 55°C.It is particularly advantageous after the so-called two component process, in which, as explained above, a polyol and an isocyanate component produced and with be foamed on each other. The components are preferred at a temperature in the range between 15 to 90 ° C, preferably 20 to 60 ° C and particularly preferably 20 to 35 ° C mixed and in the mold, or brought to the belt line. The temperature in the mold is usually in the range between 20 and 110 ° C, preferably 30 to 60 ° C and particularly preferred 35 to 55 ° C.
Bei der direkten Zugabe des Komplexbildners (i) bereits bei der Herstellung der Polyurethanschaumstoffe kann die Komponente (i) sowohl der Polyolkomponente als auch der Isocyanatkomponente zugegeben werden. Bevorzugt wird (i) der Polyol-komponente zugegeben.When the complexing agent (i) is added directly to the Component (i) can be produced from the polyurethane foams. both the polyol component and the isocyanate component be added. Preference is given to (i) the polyol component admitted.
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