DE102004022683A1 - Production of polyurea spray elastomer for use in concrete repair and waterproofing, involves reacting a prepolymer derived largely from 2,4-diphenyl-methanedi-isocyanate with an amine component - Google Patents

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Abstract

A method for the production of polyurea spray elastomers from polyisocyanates and amines, in which the polyisocyanate component is a prepolymer derived from 2,4-diphenylmethanedi-isocyanate (2,4-MDI) or a mixture of 2,4-MDI and 4,4-MDI containing at least 50 wt% 2,4-MDI, optionally together with other MDI-based isocyanates. A method for the production of polyurea spray elastomers (I) by reacting (a) polyisocyanates with (b) amines, in which (a) comprises (ai) reaction products of compounds containing at least two NCO-reactive hydrogens with 2,4-MDI or a mixture of 2,4-MDI and 4,4-MDI containing at least 50 wt 2,4-MDI, optionally together with (aii) mixtures of MDI and polymethylene-polyphenylene-polyisocyanates and/or (aiii) isomers of MDI which may be modified with groups other than urethane, and (b) is a mixture of (bi) polyether-amine(s) and (bii) other prim. or sec. amine(s) as chain extender(s). An independent claim is also included for polyurea spray elastomers (I) obtained by this method.

Description

Gegenstand der Erfindung sind Polyharnstoff-Sprüchelastomere sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. object The invention relates to polyurea substitution elastomers and to a process for their production.

Typische Anwendungsgebiete von Polyharnstoff-Sprühelastomeren sind Beschichtungen, insbesondere für Betonreparatur und Wasserschutz (Dach-, Parkdeckbeschichtungen, Brücken-, Tunnelreparaturen), sogenanntes „Secondary Containment" (Coatings für Auffangbecken von Chemikalien-, Abwasser- oder Öltanks beziehungsweise Gefahrgutladezonen), Korrosionsschutz (Ladeflächen von Frachtschiffen, LKWs, Pick-Ups und Eisenbahnwaggons) oder sogenanntes „Primary Containment" (Abwasserschächte, Kläranlagen).typical Areas of application of polyurea spray elastomers are coatings, especially for Concrete repair and water protection (roof, parking deck coatings, Bridges-, Tunnel repairs), so-called "Secondary Containment" (Coatings for catch basins of chemical, sewage or oil tanks or dangerous goods loading zones), Corrosion protection (loading areas of cargo ships, trucks, pick-ups and railway wagons) or so-called "primary containment" (sewage shafts, sewage treatment plants).

Polyharnstoff-Sprühelastomere sind Reaktionsprodukte eines mindestens difunktionellen Isocyanats mit einem mindestens difunktionellen primären oder sekundären Amin. Als Amine werden dabei üblicherweise hochmolekulare Polyetheramine und niedermolekulare aminische Kettenverlängerer eingesetzt. Als Isocyanate werden zumeist solche auf der Basis von Diphenylmethandiisocyanat (MDI) eingesetzt.Polyurea spray elastomers are reaction products of an at least difunctional isocyanate with an at least difunctional primary or secondary amine. As amines are usually high molecular weight Polyetheramines and low molecular weight aminic chain extenders used. As isocyanates are usually those based on diphenylmethane diisocyanate (MDI) used.

Als Isocyanatkomponente, in der Technik häufig als B-Komponente bezeichnet, wird zumeist ein Prepolymer, welches auf einem Isomeren oder Isomerengemisch des MDI basiert, verwendet. Die Herstellung dieser Isocyanatprepolymere erfolgt durch Umsetzung von insbesondere hydroxyl-, ferner auch aminterminierten Polyethylen- beziehungsweise Polypropylenoxiden mit Polyisocyanaten.When Isocyanate component, often referred to in the art as the B component, is usually a prepolymer which is based on an isomer or isomer mixture MDI based. The preparation of these isocyanate prepolymers takes place by reaction of particular hydroxyl, also also amine-terminated polyethylene or polypropylene oxides with polyisocyanates.

Die Aminkomponente, in der Technik häufig als R-Komponente bezeichnet, ist üblicherweise ein Gemisch aus primären aliphatischen Polyetheraminen und in der Regel aromatischen aminischen Kettenverlängerern.The Amine component, common in the art termed R component is usually a mixture of primary aliphatic polyetheramines and usually aromatic amines Chain extenders.

Hauptbestandteil der Aminkomponente einer Polyharnstoffformulierung ist eine Mischung von Polyetheraminen, d.h. von aminterminierten di- beziehungsweise höherfunktionellen Polyethylen- beziehungsweise Polypropylenoxiden mit Molekulargewichten zwischen 200 und 5000 g mol–1. Die aliphatischen Amine reagieren schneller als die aromatischen Komponenten der Kettenverlängerer und dienen vorwiegend dem Aufbau der Weichphase der Polyharnstoff-Sprühelastomere.The main constituent of the amine component of a polyurea formulation is a mixture of polyetheramines, ie of amine-terminated di- or higher-functional polyethylene or polypropylene oxides with molecular weights of between 200 and 5000 g mol -1 . The aliphatic amines react faster than the aromatic components of the chain extenders and serve primarily to build up the soft phase of the polyurea spray elastomers.

Der in Polyharnstoffformulierung üblicherweise verwendete Kettenverlängerer ist Diethylentoluoldiamin (DETDA). Als im Vergleich zu aliphatischen Aminen unreaktivere Komponente determiniert DETDA das Aushärteverhalten des Systems. Um lichtstabile Polyharnstoffe zu synthetisieren, werden auch aliphatische Kettenverlängerer eingesetzt. Die zumeist aromatischen Kettenverlängerer werden vorwiegend in die Hartphase der Polyharnstoff-Sprühelastomere eingebaut.Of the in polyurea formulation usually used chain extender is diethylene toluenediamine (DETDA). As compared to aliphatic Amines more unreactive component DETDA determines the curing behavior of the system. To synthesize light-stable polyureas, be also aliphatic chain extenders used. The mostly aromatic chain extenders are predominantly in incorporated the hard phase of the polyurea spray elastomers.

Polyharnstoff-Sprühelastomere werden, wie ausgeführt, zumeist als Beschichtungen eingesetzt. Dazu werden ihre flüssigen Ausgangskomponenten, üblicherweise als System oder Formulierung bezeichnet, unter hohem Druck vermischt, auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht und härten dort aus. Die Reaktionszeit beträgt dabei üblicherweise nur wenige Sekunden.Polyurea spray elastomers be, as stated, mostly used as coatings. These are their liquid starting components, usually referred to as system or formulation, mixed under high pressure, on the surface to be coated sprayed and harden out there. The reaction time is usually only a few seconds.

Um optimale Verarbeitungs- und Produkteigenschaften zu erreichen, ist es wünschenswert, die Viskosität der flüssigen Ausgangskomponenten möglichst gering zu halten beziehungsweise die Viskositäten von Isocyanat- und Aminkomponente weitgehend anzugleichen. Nur so kann eine hinreichende Mischbarkeit der äußerst reaktiven Komponenten gewährleistet werden. Mischfehler führen zu einer verminderten Oberflächengüte. Niederviskose Systeme sind leichter prozessierbar, das heißt sie können bei geringeren Drücken und Temperaturen verarbeitet werden. Weiterhin sollte die Reaktion nicht zu rasch ablaufen, um eine optimale Verteilung der reaktiven Ausgangskomponenten vor deren vollständiger Aushärtung auf der zu beschichtenden Oberfläche zu gewährleisten.Around to achieve optimal processing and product properties is it desirable the viscosity the liquid Output components as possible to keep low or the viscosities of isocyanate and amine component to be largely aligned. Only so can a sufficient miscibility the extremely reactive Components guaranteed become. Cause mixing errors to a reduced surface quality. Low viscosity Systems are easier to process, meaning they can operate at lower pressures and temperatures are processed. Furthermore, the reaction should not be too fast proceed to optimum distribution of the reactive starting components before its complete curing on the surface to be coated to ensure.

Es existieren verschiedene Möglichkeiten, um die Reaktivität von Systemen für Polyharnstoff Sprühelastomere herabzusetzen.It There are different possibilities about the reactivity of systems for Polyurea spray elastomers decrease.

Dies ist zum einen eine Variation der Aminkomponente durch den Einsatz alternativer aminischer Kettenverlängerer geringerer Reaktivität oder durch die Verwendung von sogenannten Hybridsystemen, das heißt durch den partiellen Austausch von amingegen hydroxyterminierte Polyether. Zum anderen kann die Reaktivität der Isocyanatkomponente durch den partiellen Austausch von 4,4'-MDI durch 2,4'-MDI herabgesetzt werden.This on the one hand is a variation of the amine component through the use alternative aminic chain extender of lower reactivity or by the use of so-called hybrid systems, that is by the partial replacement of otherwise hydroxy-terminated polyethers. On the other hand, the reactivity of the isocyanate component reduced by the partial replacement of 4,4'-MDI by 2,4'-MDI become.

Beispiele für alternative aminische Kettenverlängerer sind 4,4'-Methylenbis-(2,6-diethyl)-anilin (MDEA), 4,4'-Methylenbis-(2,6-diisopropyl)-anilin (MDIPA)), 4,4'-Methylenbis-(3-chloro, 2,6-diethyl)-anilin (MCDEA) oder Dimethylthio-toluoldiamin (DMTDA, Ethacure® 300). Darüber hinaus sind auch reaktionsverzögernde Kettenverlängerer mit sekundären Aminfunktionen wie N,N'-Di(sec-butyl)-amino-biphenylmethan (DBMDA, Unilink® 4200) oder N,N'-Di-sec-butyl-p-phenylendiamin (Unilink® 4100) bekannt.Examples of alternative aminic chain extenders are 4,4'-methylenebis (2,6-diethyl) -aniline (MDEA), 4,4'-methylenebis- (2,6-diisopropyl) -aniline (MDIPA)), 4,4 '-Methylenbis- (3-chloro, 2,6-diethyl) aniline (MCDEA) or dimethylthio-toluenediamine (DMTDA, Ethacure ® 300). In addition, also with reaction-chain secondary amine functionalities such as N, N'-di (sec-butyl) amino-biphenylmethan (DBMDA, Unilink 4200 ®) or N, N'-di-sec-butyl-p-phenylenediamine (Unilink ® 4100).

Zumeist erhält man für Polyharnstoff-Sprühelastomere mit alternativen Kettenverlängerern diejenigen Vorteile, die direkt mit der verlangsamten Reaktivität verknüpft sind, beispielsweise eine höhere Oberflächengüte oder ein besseres Levelling-Verhalten. Hauptnachteil dieser alternativen Kettenverlängerer ist ihr zumeist vergleichsweise hoher Preis. Weiterhin haben solche alternativen Kettenverlängerer in der Regel einen negativen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Polyharnstoff-Elastomers.mostly receives one for one Polyurea spray elastomers with alternative chain extenders those benefits that are directly linked to slowed reactivity, for example, a higher one Surface quality or a better leveling behavior. Main disadvantage of these alternatives chain is her usually comparatively high price. Furthermore, such alternative chain extender usually a negative impact on the mechanical properties of the polyurea elastomer.

Weiterhin sind einige dieser Kettenverlängerer bei Raumtemperatur fest (MCDEA, MDIPA) und nur partiell in den aliphatischen Aminen löslich beziehungsweise schlecht mit diesen mischbar.Farther are some of these chain extenders solid at room temperature (MCDEA, MDIPA) and only partially in the aliphatic Amines soluble or poorly miscible with these.

Durch einen partiellen Ersatz der amin- durch hydroxy-terminierte Polyether kann die Reaktivität der Systeme für Polyharnstoff-Sprühelastomere ebenfalls gesenkt werden. Solche sogenannten Hybridformulierungen enthalten in der Regel mindestens einen Katalysator, so dass mit Standardkatalysatoren keine emissionsfreien Systeme erhalten werden. Der Einsatz von Katalysatoren führt auch zu einer erhöhten Empfindlichkeit der Elastomere gegenüber Wasser. Insgesamt ist das System weniger robust, es härtet nur auf vergleichsweise trockenen Flächen und bei moderaten Temperaturen blasenfrei beziehungsweise hinreichend schnell aus. Das bimodale Reaktionsprofil von Hybridsystemen, welches ursächlich auf die geringere Reaktivität von Isocyanaten gegenüber Alkoholen im Vergleich zu Aminen zurückgeht, kann ferner zu Oberflächen minderer Qualität, namentlich zur Bildung sogenannter Pinholes, führenBy a partial replacement of the amine by hydroxy-terminated polyethers can the reactivity the systems for Polyurea spray elastomers also be lowered. Such so-called hybrid formulations usually contain at least one catalyst, so with Standard catalysts no emission-free systems are obtained. The use of catalysts leads also to an increased Sensitivity of the elastomers to water. Overall, that is System less robust, it hardens only on comparatively dry surfaces and at moderate temperatures bubble-free or sufficiently fast. The bimodal Reaction profile of hybrid systems, which is the cause of the lower reactivity of isocyanates across from Alcohols compared to amines, can also to surfaces of inferior quality, namely lead to the formation of so-called pinholes

Ein erhöhter Gehalt an 2,4'-MDI-Isomeren im Isocyanatprepolymer bietet eine Reihe von Vorteilen sowohl bezüglich der Verarbeitung der Komponenten als auch bezüglich der Endeigenschaften des versprühten Polyharnstoffsystems. Diese Vorzüge gehen ursächlich auf die gegenüber dem 4,4'-MDI-Isomeren signifikant geringere Reaktivität des 2,4'-MDI-Isomeren zurück.One increased Content of 2,4'-MDI isomers in Isocyanatprepolymer offers a number of advantages both in terms of Processing of the components as well as the final properties of the sprayed polyurea system. These benefits go causal on the opposite the 4,4'-MDI isomer significantly lower reactivity of the 2,4'-MDI isomer back.

2,4'-MDI-reiche Polyharnstoff-Sprühelastomere zeigen insbesondere ein verbessertes Fließ- und Nivellierungsverhalten und damit eine bessere Oberflächengüte. Die bei schneller aushärtenden Polyharnstoffsystemen häufig beobachtete Orangenhautbildung wird zurückgedrängt. Die geringere Reaktivität 2,4'-MDI-reicher Systeme führt ferner zu einer besseren Untergrundbenetzung und damit in der Regel zu einer erhöhten Haftung der Polyharnstoff-Sprühelastomere. Aber auch die Bindung der einzelnen aufgesprühten Polyharnstoff-Schichten untereinander, die in kurzer zeitlicher Abfolge versprüht werden und aus denen die Gesamtbeschichtung letztlich aufgebaut wird, ist für 2,4'-MDI-reiche Formulierungen erhöht. Dies ist neben strukturellen Unterschieden auf molekularer Ebene ein weiterer Grund, warum das mechanische Eigenschaftsprofil mit erhöhtem 2,4'-MDI-Gehalt allgemein angehoben wird. Tatsächlich findet man für 2,4'-MDI-reiche Systeme beispielsweise höhere Reißdehnungen und verbesserte Elastizität.2,4'-MDI-rich polyurea spray elastomers show in particular an improved flow and leveling behavior and thus a better surface quality. The at faster curing Polyurea systems often observed orange peel formation is pushed back. The lower reactivity of 2,4'-MDI-rich systems leads further to a better underground wetting and thus usually too an elevated one Adhesion of polyurea spray elastomers. But also the binding of the individual sprayed polyurea layers among themselves, which are sprayed in a short time sequence and from which the overall coating is ultimately built, is for 2,4'-MDI-rich formulations elevated. This is in addition to structural differences at the molecular level another reason why the mechanical property profile with increased 2,4'-MDI content generally raised. Indeed one finds for 2,4'-MDI-rich Systems for example higher elongation at break and improved elasticity.

Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Möglichkeiten bekannt, Polyharnstoff-Sprühelastomere mit einem höheren Gehalt an 2,4'-MDI bereitzustellen.Out The prior art discloses a number of possibilities, polyurea spray elastomers with a higher one Content of 2,4'-MDI provide.

WO 200228935 beschreibt Polyharnstoff-Sprühelastomere, bei deren Herstellung als Isocyanatkomponente ein Isocyanatprepolymer eingesetzt wird. Dieses wird hergestellt, indem zunächst MDI mit einem Gehalt an 4,4'-MDI am MDI-Isomerengemisch von größer 75 Gew.-% mit einem Polyol umgesetzt und dieses NCO-Prepolymer weiter mit einem MDI-Isomerengemisch mit einem Gehalt an 2,4'-MDI von größer 25 Gew.-% vermischt wird. Man erhält lagerstabile Isocyanatkomponenten relativ geringer Viskosität und Reaktivität. Die resultierenden Polyharnstoff-Sprühelastomere haben verbesserte Oberflächeneigenschaften und verbesserte mechanische Eigenschaften. Nachteilig ist insbesondere die komplexe Herstellung des Isocyanatprepolymers in einem zweistufigen Prozess. Ferner ist man durch die Verwendung von MDI-Prepolymeren mit hohem 4,4'-MDI-Isomerenanteil als einer Mischungskomponente bezüglich der Verminderung der Reaktivität und Viskosität des Systems sowie der resultierenden Verbesserung der Oberflächengüte beschränkt. So müssen in der Regel auch weiterhin Verdünnungsmittel auf der Isocyanatseite eingesetzt werden, die sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften des resultierenden Polyharnstoff Sprühelastomers auswirken können.WHERE 200228935 describes polyurea spray elastomers in their preparation As the isocyanate component an isocyanate prepolymer is used. This is made by first containing MDI 4,4'-MDI on the MDI isomer mixture of greater than 75% by weight reacted with a polyol and this NCO prepolymer on with an MDI isomer mixture having a content of 2,4'-MDI greater than 25 wt .-% mixed becomes. You get storage-stable isocyanate components of relatively low viscosity and reactivity. The resulting Polyurea spray elastomers have improved surface properties and improved mechanical properties. The disadvantage is in particular the complex preparation of Isocyanatprepolymers in a two-stage Process. Furthermore, one is through the use of MDI prepolymers with high 4,4'-MDI isomer content as a mixture component with respect to the reduction of Reactivity and viscosity of the system and the resulting improvement in surface finish. So have to usually also continue to diluents be used on the isocyanate side, which adversely affect the mechanical properties of the resulting polyurea spray elastomer can affect.

In EP 802209 werden Polyharnstoff-Sprühelastomere hoher Flexibilität und Reißdehnung sowie mit verbesserter Haftung beschrieben, die insbesondere für die direkte Anwendungen in Eisenbahnfahrzeugen bestimmt sind. Ihre Herstellung erfolgt durch Umsetzung von Prepolymeren auf Basis von MDI mit Aminen. Es wird ausgeführt, dass Polyharnstoff-Sprühelastomere mit einem erhöhten Anteil von 2,4'-MDI, insbesondere mit einem Gehalt von mindestens 50 %, zu Produkten mit einer erhöhten Flexibilität führen. Um die Haftung der Polyharnstoff-Sprühelastomere zu gewährleisten, müssen dem System Alkoxysilane und Wasser zugesetzt werden. Die Verwendung von Alkoxysilanen verteuert die Systeme. Wenn man, wie in EP 802 209 beschrieben, diese nicht als Primer, sondern verdünnt in der Aminkomponente anwendet, müssen zudem höhere Konzentrationen verwendet werden, um wirksame Mengen des Adhäsionspromotors bei der Applikation in den Grenzbereich Coating-Untergrund zu bringen und um damit eine merkliche Verbesserung der Haftung zu erzielen. Eine Haftungsverbesserung ist so nur auf nahezu trockenen Untergründen zu erwarten, eine Applikation auf Substraten mit erheblicher Restfeuchte, wie sie bei Außenanwendungen häufig vorliegen, ist nicht möglich. Die Verwendung auch geringer Mengen Wasser als Aktivator für die Alkoxysilane ist bezüglich der Lagerstabilität der Aminkomponente problematisch. Die Gegenwart von Wasser kann unter basischen Bedingungen zu einer Vernetzung der Siloxane und damit zu einer Veränderung der Systemeigenschaften mit der Lagerzeit bis hin zum Verlust der ohnehin geringen Haftungsverbesserung führen. Die Prozessierung des Systems wird also für den Anwender nicht nur hinsichtlich der Anzahl und der einzusetzenden Komponenten komplexer. Erhöhte Mengen Wasser können trotz der bevorzugten Reaktion der Amine mit überschüssigem Isocyanat als Konkurrenzreaktion zu einem unerwünschten Aufschäumen der Elastomere führen, welches darüber hinaus partiell aber auch auf unter der erhöhten Applikations- und Reaktionstemperatur entstehenden Wasserdampf zurückgehen kann.In EP 802209 are polyurea spray elastomers high flexibility and elongation at break and with improved adhesion, which are particularly intended for direct applications in railway vehicles. They are prepared by reacting prepolymers based on MDI with amines. It is stated that polyurea spray elastomers with an increased proportion of 2,4'-MDI, in particular with a content of at least 50%, lead to products with increased flexibility. In order to ensure the adhesion of the polyurea spray elastomers, alkoxysilanes and water must be added to the system. The use of alkoxysilanes makes the systems more expensive. If you like, in EP 802 209 In addition, higher concentrations must be used to bring effective amounts of the adhesion promoter in the application area in the boundary region coating base and thereby achieve a significant improvement in adhesion, this not as a primer, but diluted in the amine component applies. An adhesion improvement is to be expected only on almost dry substrates, an application on substrates with considerable residual moisture, as they are often present in outdoor applications, is not possible. The use of even small amounts of water as an activator for the alkoxysilanes is problematic with regard to the storage stability of the amine component. The presence of water under basic conditions can lead to crosslinking of the siloxanes and thus to a change in the system properties with the storage time up to the loss of the already low adhesion improvement. The processing of the system thus becomes more complex for the user, not only in terms of the number and the components to be used. Increased amounts of water, in spite of the preferred reaction of the amines with excess isocyanate as a competing reaction, can lead to undesirable foaming of the elastomers, which, in addition, may in some cases also be due to water vapor formed under the increased application and reaction temperature.

Aufgabe der Erfindung war es somit, ein einfaches, lagerstabiles Polyharnstoff Sprühelastomersystem mit üblichen Aminkomponenten bereitzustellen, dessen Isocyanatkomponente eine verminderte Reaktivität und Viskosität aufweist und welches ohne den Einsatz von Verdünnungsmitteln zu leicht prozessierbaren Polyharnstoff-Elastomeren mit verbesserten Oberflächeneigenschaften führt.task Thus, the invention was a simple, storage-stable polyurea Spray elastomer system with conventional To provide amine components whose isocyanate component a decreased reactivity and viscosity and which is too easy to process without the use of diluents Polyurea elastomers with improved surface properties leads.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, Polyharnstoff-Sprühelastomere hoher Elastizität und Reißdehnung bei gleichzeitig hoher Härte bereitzustellen.A Another object of the invention was polyurea spray elastomers high elasticity and elongation at break at the same time high hardness provide.

Aufgabe der Erfindung war es weiterhin, einfache Polyharnstoff Sprühelastomersysteme bereitzustellen, die gute Substrathaftung bei direkter Applikation auf den zu beschichtenden Untergrund ohne die Zugabe von Adhäsionsvermittlern beziehungsweise die Aufbringung von Primern zeigen.task The invention further has been to simple polyurea spray elastomer systems to provide the good substrate adhesion with direct application on the substrate to be coated without the addition of adhesion promoters or the application of primers show.

Die Aufgabe konnte überraschenderweise gelöst werden durch ein Verfahren zur Herstellung von Polyharnstoff-Sprühelastomeren durch Umsetzung von

  • a) Polyisocyanaten mit
  • b) Aminen,
dadurch gekennzeichnet, dass als Polyisocyanate a)
  • ai) Umsetzungsprodukte aus Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen mit 2,4'-MDI, einem Gemisch aus 2,4'-MDI und 4,4'-MDI mit einem Gehalt an 2,4'-MDI von mindestens 50 Gew.-%, gegebenenfalls gemeinsam mit
  • aii) Gemischen aus MDI und Polymethylen-polyphenylen-polyisocyanaten und/oder
  • aiii) Isomeren von MDI, die durch Einbau von anderen als Urethangruppen modifiziert sein können,
und als Amine b) ein Gemisch aus bi) mindestens einem Polyetheramin und bii) mindestens einem von bi) verschiedenen primären oder sekundären Amin als Kettenverlängerer eingesetzt werden.The object could surprisingly be achieved by a process for the preparation of polyurea spray elastomers by reacting
  • a) polyisocyanates with
  • b) amines,
characterized in that as polyisocyanates a)
  • ai) reaction products of compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms with 2,4'-MDI, a mixture of 2,4'-MDI and 4,4'-MDI having a content of 2,4'-MDI of at least 50 wt .-%, optionally together with
  • aii) mixtures of MDI and polymethylene polyphenylene polyisocyanates and / or
  • aiii) isomers of MDI which may be modified by incorporation of other than urethane groups,
and as amines b) a mixture of bi) at least one polyetheramine and bii) at least one of bi) different primary or secondary amine are used as chain extenders.

Gegenstand der Erfindung ist demzufolge das genannte Verfahren sowie die nach diesem Verfahren hergestellten Polyharnstoff-Sprühelastomere.object The invention is therefore the said method and the after Polyurea spray elastomers prepared by this process.

Der NCO-Gehalt der Polyisocyanate a) liegt vorzugsweise zwischen 10 und 22 Gew.-%, insbesondere zwischen 13 und 20 Gew.-%.Of the NCO content of the polyisocyanates a) is preferably between 10 and 22 wt .-%, in particular between 13 and 20 wt .-%.

Die Umsetzungsprodukte ai), im folgenden auch als Prepolymere bezeichnet, können allein oder in Kombination mit den Gemischen aus MDI und Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanaten aii) oder mit weiterem MDI aiii) zur Herstellung der Polyharnstoffelastomere eingesetzt werden.The Reaction products ai), also referred to below as prepolymers, can alone or in combination with the mixtures of MDI and polyphenylenepolymethylene polyisocyanates aii) or with further MDI aiii) for the preparation of the polyurea elastomers be used.

Die Gemische aus MDI und Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanaten aii) sind handelsüblich und werden häufig auch als Roh-MDI bezeichnet. Der NCO-Gehalt dieser Gemische liegt üblicherweise zwischen 29 und 33 Gew.-%. Falls Gemische aus MDI und Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanaten aii) gemeinsam mit den Prepolymeren ai) eingesetzt werden, erfolgt ihr Einsatz in einer Menge von maximal 65 Gew.-%, vorzugsweise von maximal 35 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der Komponente a).The Mixtures of MDI and polyphenylenepolymethylene polyisocyanates aii) are commercially available and become common also referred to as raw MDI. The NCO content of these mixtures is usually between 29 and 33% by weight. If mixtures of MDI and Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanaten aii) are used together with the prepolymers ai) is carried out their use in an amount of at most 65 wt .-%, preferably from maximum 35 wt .-%, each based on the weight of the component a).

Als Isomere von MDI aiii) können beliebige Gemische von 2,2'-, 2,4-, und 4,4'-MDI eingesetzt werden. Vorzugsweise werden reines 2,4'-MDI oder Gemische aus 2,4'-MDI und 4,4'-MDI. Die Gemische aus 2,4'-MDI und 4,4'-MDI haben vorzugsweise einen Gehalt an 2,4'-MDI von 25 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt einen Gehalt an 2,4'-MDI von 50 Gew.-%. Zur besseren Handhabbarkeit des reinen MDI, das bei Raumtemperatur fest ist, kann es durch partielle Umsetzung der lasocyanatgruppen modifiziert werden. Die Umsetzung erfolgt zumeist durch den Einbau von Uretdion-, Isocyanurat- oder Allophanatgruppen. Falls die Isomeren von MDI aiii) eingesetzt werden, erfolgt ihr Einsatz in einer Menge von maximal 45 Gew.-%, bezogen auf die Komponente a).When Isomers of MDI aiii) any mixtures of 2,2'-, 2,4- and 4,4'-MDI be used. Preferably, pure 2,4'-MDI or mixtures from 2,4'-MDI and 4,4'-MDI. The mixtures from 2,4'-MDI and 4,4'-MDI preferably a content of 2,4'-MDI from 25 to 50 wt .-%, more preferably a content of 2,4'-MDI of 50 wt .-%. For better handling of pure MDI, which is solid at room temperature, it may be due to partial Reaction of the lasocyanate groups are modified. The implementation Mostly by the incorporation of uretdione, isocyanurate or Allophanate groups. If the isomers of MDI aiii) are used, their use is in an amount of not more than 45 wt .-%, based to component a).

Die Komponente a) hat vorzugsweise einen NCO-Gehalt im Bereich zwischen 10 und 22 Gew.-%, insbesondere zwischen 13 und 20 Gew.-%. Falls das Prepolymere ai) allein eingesetzt wird, hat es einen NCO-Gehalt in diesem Bereich. Falls das Prepolymere im Gemisch mit den Komponenten aii) und aiii) eingesetzt wird, kann sein NCO-Gehalt auch unter diesem Bereich liegen, da er durch die Mischung mit den Komponenten aii) und aiii) auf den erforderlichen Wert eingestellt wird. Falls das Prepolymere ai) in Mischung mit aii) und/oder aiii) eingesetzt wird, liegt sein NCO-Gehalt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 13 Gew.-%. Der NCO-Gehalt des Prepolymeren ai) kann somit, abhängig von der Zusammensetzung der Komponente a), im Bereich zwischen 1 und 22 Gew.-% liegen.The Component a) preferably has an NCO content in the range between 10 and 22 wt .-%, in particular between 13 and 20 wt .-%. If the prepolymer ai) is used alone, it has an NCO content in this area. If the prepolymer in admixture with the components aii) and aiii), its NCO content can also be below this range, as he by the mixture with the components aii) and aiii) on the required value is set. If the prepolymer ai) is used in a mixture with aii) and / or aiii), is its NCO content preferably in the range between 1 and 13 wt .-%. Of the NCO content of the prepolymer ai) can thus, depending on the composition of component a), in the range between 1 and 22 wt .-% are.

Für die Herstellung der als Polyisocyanate eingesetzten Isocyanatprepolymere ai) können als Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen vorzugsweise hydroxyl- und aminterminierte Polyethylen- beziehungsweise Polypropylenoxide, Polyesterole, Verbindungen mit OH- und Amingruppen oder Mischungen dieser Verbindungen untereinander eingesetzt werden, wobei die Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen ein Molekulargewicht zwischen 200 und 10000 g/mol, bevorzugt 500 bis 5000 g/mol, besonders bevorzugt zwischen 1000 und 4000 g/mol und insbesondere bevorzugt von 2000 g mol–1 sowie einer Funktionalität von 2–4, insbesondere aber von 2 aufweisen. Besonders bevorzugt sind Polyetherdiole mit einem Molekulargewicht zwischen 1000 und 4000 g mol–1. In der Regel besteht die mit Isocyanaten reaktive Komponente zu mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus einem oder mehreren der beschriebenen Diole. Als Amine können die weiter unten als Komponente bi) näher beschriebenen Verbindungen eingesetzt werden. Die mittlere Funktionalität des resultierenden Prepolymeren a) ist zumeist kleiner 2,6, bevorzugt kleiner 2,2.For the preparation of the isocyanate prepolymers used as polyisocyanates ai) can be used as compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms preferably hydroxyl and amine-terminated polyethylene or polypropylene oxides, polyesterols, compounds containing OH and amine groups or mixtures of these compounds with each other, the compounds with at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms have a molecular weight between 200 and 10,000 g / mol, preferably 500 to 5000 g / mol, more preferably between 1000 and 4000 g / mol and more preferably of 2000 g mol -1 and a functionality of 2-4, but in particular have from 2. Particularly preferred are polyether diols having a molecular weight between 1000 and 4000 g mol -1 . As a rule, the isocyanate-reactive component is at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, of one or more of the diols described. As amines, the compounds described in more detail below as component bi) can be used. The average functionality of the resulting prepolymer a) is usually less than 2.6, preferably less than 2.2.

Als Hauptkomponente der Amine b) wird bi) mindestens ein, vorzugsweise eine Mischung aus mindestens zwei Polyoxyalkylenaminen, sogenannten Polyetheraminen, d.h. von aminterminierten di- beziehungsweise höherfunktionellen Polyalkylen-, in der Regel Polyoxyethylen- beziehungsweise Polyoxypropylenoxiden, mit Molekulargewichten zwischen 200 und 5000 g mol–1, insbesondere von 2000 bis 5000 g mol-1, eingesetzt. Möglich ist auch der Einsatz von aminterminiertem PTHF. Die Amingruppen der Polyetheramine sind vor allem primäre Amingruppen. Es kann auch, wie ausgeführt, auch nur ein einziges Polyetheramin verwendet werden. Die Polyetheramine bi) sind insbesondere Diamine oder Triamine. Derartige Verbindungen werden beispielsweise von der Firma Huntsman unter der Bezeichnung Jeffamine® bzw. von der Firma BASF als Polyetheramine vertrieben.The main component of the amines b) is bi) at least one, preferably a mixture of at least two polyoxyalkyleneamines, so-called polyetheramines, ie of amine-terminated di- or higher functional polyalkylene, usually polyoxyethylene or polyoxypropylene oxides, with molecular weights between 200 and 5000 g mol . 1 , in particular from 2000 to 5000 g mol-1 used. It is also possible to use amine-terminated PTHF. The amine groups of the polyetheramines are primarily primary amine groups. It can also, as stated, even a single polyetheramine can be used. The polyetheramines bi) are in particular diamines or triamines. Such compounds are sold, for example, by the company Huntsman under the name Jeffamine ® or from BASF as polyetheramines.

Zumeist werden Polyamine durch katalytische Aminierung der entsprechenden Polyalkohole hergestellt.mostly be polyamines by catalytic amination of the corresponding Polyalcohols produced.

Die Polyoxyalkylenamine bi)dienen vorwiegend dem Aufbau der Weichphase in den Polyharnstoff-Sprühelastomeren.The Polyoxyalkyleneamines bi) serve primarily to build up the soft phase in the polyurea spray elastomers.

Zumindest ein Teil der verwendeten Amine bi) kann durch Polyetherole substituiert werden.At least a part of the amines bi) used can be substituted by polyetherols become.

Aminkomponenten, welche sowohl Polyetheramine als auch Polyetherole enthalten, werden, wie bereits ausgeführt, als Hybrid- oder gemischte Polyharnstoff-Polyurethan-Systeme bezeichnet. Bevorzugt beträgt der Anteil amin- gegenüber hydroxylterminierter Polyether in der Aminkomponente in dieser Erfindung mehr als 50 Gew.-%, besonders bevorzugt besteht sie im wesentlichen aus aminterminierten Polyethern.Amine components, which contain both polyetheramines and polyetherols, as already stated, referred to as hybrid or mixed polyurea-polyurethane systems. Preferred is the proportion of amine hydroxyl-terminated polyether in the amine component in this invention as 50 wt .-%, more preferably it consists essentially of amine-terminated polyethers.

Weiterhin kann die Komponente b) niedermolekulare, in der Regel aromatische und diaminische, von bi) verschiedene Amine als Kettenverlängerer bii) enthalten. Diese Verbindungen haben zumeist ein Molekulargewicht im Bereich zwischen 150 und 500 g/mol. Die Amingruppen der Ketternverlängerer bii) können primär beziehungsweise sekundär sein. Der in Polyharnstoff-Sprühelastomeren zumeist eingesetzte Ketten verlängerer ist Diethylentoluoldiamin (DETDA). Als im Vergleich zu aliphatischen Aminen unreaktivere Komponente determiniert DETDA das Aushärteverhalten des Systems. Entsprechend kann die Gelzeit durch alternative Kettenverlängerer mit gegenüber Isocyanaten herabgesetzter Reaktivität gesteuert werden. Um lichtstabile Polyharnstoff-Sprühelastomere zu erhalten, können auch aliphatische Kettenverlängerer eingesetzt werden.Farther Component b) may be low molecular weight, usually aromatic and diaminic, of bi) different amines as chain extenders bii) contain. These compounds usually have a molecular weight in the range between 150 and 500 g / mol. The Amingruppen the Ketternverlängerer bii) can primary or secondarily be. The in polyurea spray elastomers mostly used chains extender is diethylene toluenediamine (DETDA). As compared to aliphatic Amines more unreactive component DETDA determines the curing behavior of the system. Accordingly, the gel time by alternative chain extender with across from Isocyanates of reduced reactivity can be controlled. To light stable Polyurea spray elastomers to receive also aliphatic chain extenders be used.

Darüber hinaus können die bereits aufgeführten alternativen aminischen Kettenverlängerer wie 4,4'-Methylenbis-(2,6-diethyl)-anilin (MDEA), 4,4'-Methylenbis-(2,6-diisopropyl)-anilin (MDIPA), 4,4'-Methylenbis-(3-chloro, 2,6-diethyl)-anilin (MCDEA), Dimethylthio-toluoldiamin (DMTDA, Ethacure® 300) oder reaktionsverzögernde Kettenverlängerer mit sekundären Aminfunktionen wie N,N'-Di(sec-butyl)-amino-biphenylmethan (DBMDA, Unilink® 4200) oder N,N'-Di-sec-butyl-p-phenylendiamin (Unilink® 4100) eingesetzt werden.In addition, the previously listed alternative amine chain extenders such as 4,4'-methylenebis (2,6-diethyl) -aniline (MDEA), 4,4'-methylenebis- (2,6-diisopropyl) -aniline (MDIPA), 4,4'-methylenebis (3-chloro, 2,6-diethyl) aniline (MCDEA), dimethylthio-toluenediamine (DMTDA, Ethacure 300 ®) or reaction-chain having secondary amine functionality, such as N, N'-di (sec- butyl) amino-biphenylmethan (DBMDA, Unilink 4200 ®) or N, N'-di-sec-butyl-p-phenylenediamine (Unilink 4100 ® be used).

Weitere, nicht zwingend erforderliche Formulierungsbestandteile sind beispielsweise – Verdünner, zumeist Reaktivverdünner, die, wenn angewendet, in der Regel der Isocyanatkomponente beigefügt werden. Beispiele für Reaktivverdünner der Isocyanatkomponente sind Alkylencarbonate. Allerdings kann die Zugabe von Reaktivverdünnern zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und der Alterungsbeständigkeit des Polyharnstoff Sprühelastomers führen.Further, not necessarily required formulation ingredients are, for example - thinner, mostly reactive diluents, which, when applied, are usually added to the isocyanate component. examples for reactive the isocyanate component are alkylene carbonates. However, the Addition of reactive diluents to a deterioration of the mechanical properties and the aging resistance of the polyurea spray elastomer to lead.

Die Zugabe von Additiven zur Aminkomponente ist durch eine verarbeitbare Viskosität limitiert. Solche Addititive sind Pigmente, Haftvermittler, UV-Stabilisatoren, Antioxidanzien oder sonstige Füllstoffe. Die Komponente b) kann weiterhin insbesondere Abriebverbesserer enthalten. Als Abriebverbesserer werden vorzugsweise mit Silikon modifizierte Alkohole, insbesondere Glykole, zum Einsatz.The Addition of additives to the amine component is by a processable viscosity limited. Such additives are pigments, adhesion promoters, UV stabilizers, Antioxidants or other fillers. The component b) may further, in particular abrasion improvers contain. As Abriebverbesserer are preferably with silicone modified alcohols, especially glycols used.

Das System wird in der Regel durch Sprühen appliziert, wobei die Komponenten unter hohem Druck und bei erhöhter Temperatur vor ihrem Austrag aus der Sprühpistole in deren Mischkopf vermischt und so zur Reaktion gebracht werden.The System is usually applied by spraying, with the components under high pressure and at elevated pressure Temperature before discharge from the spray gun in the mixing head mixed and so reacted.

Das volumetrische Verhältnis, in welchem Polyisocyanat und Aminkomponente versprüht werden, ist bevorzugt 1:1, kann aber auch von 30:70 bis zu 70:30 Volumen-%, bevorzugt aber bis zu 1,1:1 betragen.The volumetric ratio, in which polyisocyanate and amine component are sprayed, is preferably 1: 1, but can also be from 30:70 up to 70:30% by volume, but preferably up to 1.1: 1.

Die besprühte Oberfläche kann, insbesondere wenn sie feucht ist, zur Verbesserung der Adhäsion mit einen Primer vorbehandelt sein. Der Adhäsionsverbesserer kann, ebenfalls insbesondere für die Haftung auf feuchtem Untergrund, auch der B- beziehungsweise bevorzugt der R-Komponente zugegeben werden.The sprayed surface In particular, when wet, it can improve adhesion Pretreated primer. The adhesion improver can, too especially for the adhesion on damp ground, also the B- resp preferably the R-component can be added.

Beispiele für Primer sind Siloxane und funktionalisierte Siloxane. Insbesondere zu nennen sind Epoxy- Amino- bzw. Vinyl-Alkoxysilane. Weitere Beispiele für kommerziell erhältliche Primer sind Titanate wie Neopentyl(dially)oxytri(m-amino)phenyl-Titanat oder Zirkonate wie Neopentyl(diallyl)oxy tri(m-ethylendiamino)ethyl-Zirkonat. Weitere mögliche Primer sind 1 K- bzw. 2K-Polyurethansysteme, Polyvinylamine, Polyacrylate bzw. Epoxidharze. Die Primer können vor der Applikation in Wasser oder anderen Lösungsmitteln dispergiert, emulgiert oder gelöst werden.Examples for primers are siloxanes and functionalized siloxanes. In particular, to name are epoxy-amino or vinyl-alkoxysilanes. Further examples of commercial available Primers are titanates such as neopentyl (diallyl) oxytri (m-amino) phenyl titanate or zirconates such as neopentyl (diallyl) oxy tri (m-ethylenediamino) ethyl zirconate. Other possible Primers are 1K or 2K polyurethane systems, polyvinylamines, polyacrylates or epoxy resins. The primers can dispersed before application in water or other solvents, emulsified or solved become.

Das Verhältnis von Isocyanat- zu mit Isocyanat reaktiven Gruppen, insbesondere, wie ausgeführt, Amingruppen, bei der Herstellung der Polyharnstoff-Sprühelastomere liegt zumeist zwischen 0,90 und 1,20, insbesondere zwischen 1,05 und 1,15.The relationship from isocyanate groups to isocyanate-reactive groups, in particular, as stated, amine groups, in the production of polyurea spray elastomers is usually between 0.90 and 1.20, especially between 1.05 and 1.15.

Es wurde gefunden, dass sich durch den vollständigen Austausch von 4,4'-MDI durch 2,4'-MDI im verwendeten Isocyanatprepolymer die verminderte Reaktivität einer gegebenen Polyharnstoffformulierung in einer Zunahme der Gelzeit um 2–3 Sekunden äußert. Dies entspricht bei schnellen Standard-Polyharnstoffsystemen, die zumeist eine Gelzeit von 2 bis 3 Sekunden aufweisen, einer Verminderung der Reaktionsgeschwindigkeit etwa um einen Faktor 2. Für schnelle Polyharnstoffsysteme ist die relative Zunahme der Oberflächengüte mit zunehmendem 2,4'-Isomerenanteil des NCO-Prepolymeren am stärksten ausgeprägt.It was found to be replaced by the complete replacement of 4,4'-MDI by 2,4'-MDI Isocyanate prepolymer the reduced reactivity of a given polyurea formulation in an increase of the gel time by 2-3 seconds. This This is usually the case for fast standard polyurea systems have a gel time of 2 to 3 seconds, a reduction the reaction rate about a factor of 2. For fast Polyurea systems is the relative increase in surface quality with increasing 2,4'-isomer of the NCO prepolymer the strongest pronounced.

Die Viskosität der eingesetzten Prepolymere nimmt mit steigendem 2,4'-MDI-Gehalt ab. 2,4'-MDI-reichere Systeme sind bei niedrigeren Temperaturen verarbeitbar beziehungsweise mischen sich bei konstanter Temperatur besser mit der niederviskoseren R-Komponente. Es kann daher bei Prepolymeren mit hohem 2,4'-MDI-Gehalt auf die Zugabe von Reaktivverdünnern auf der Isocyanatseite verzichtet werden. Mit steigendem 2,4'-MDI-Gehalt nimmt bei nahezu gleichbleibender Shore-Härte die Reißdehnung monoton zu. Man erhält über einen weiten Temperaturbereich hochflexible und hochelastische Beschichtungen mit hohen Zug- und Biege-E-Modulen.The viscosity of the prepolymers used decreases with increasing 2,4'-MDI content. 2,4'-MDI-richer systems can be processed at lower temperatures or mix better with the lower-viscosity R component at a constant temperature. It can therefore be dispensed with prepolymers with high 2,4'-MDI content on the addition of reactive thinners on the isocyanate side. With rise The 2.4'-MDI content increases at an almost constant Shore hardness, the elongation at break monotonously. Highly flexible and highly elastic coatings with high tensile and flexural modulus of elasticity are obtained over a wide temperature range.

So können die erfindungsgemäßen Polyharnstoff-Sprühelastomere Dehnungen von 600 % unter weitgehendem Erhalt der übrigen Eigenschaften aufweisen.So can the polyurea spray elastomers according to the invention Strains of 600% while largely preserving the other properties exhibit.

Überraschenderweise findet man weiterhin, dass über 2,4'-MDI reiche Prepolymere mit einem erhöhten NCO-Gehalt ungewöhnlich elastische Elastomere hoher Reißdehnung und mit geringem Abrieb zugänglich sind. So wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Polyharnstoff Sprühelastomere eine Reißdehnung von 350 % bei einer Härte von Shore 60 D aufweisen können.Surprisingly you can still find that over 2,4'-MDI rich Prepolymers with an increased NCO content unusual elastic elastomers with high elongation at break and are accessible with little abrasion. It has thus been found that the polyurea spray elastomers according to the invention an elongation at break of 350% at a hardness of Shore 60 D.

Insbesondere für Isocyanatprepolymere mit einem 2,4'-MDI Anteil am MDI-Isomergemisch größer 50 % erhält man Polyharnstoff Sprühelastomere verbesserter Haftung.Especially for isocyanate prepolymers with a 2,4'-MDI Share of MDI isomer mixture greater than 50% receives Polyurea spray elastomers improved liability.

Die Erfindung soll an den nachfolgenden Beispielen näher erläutert werden.The Invention will be explained in more detail in the following examples.

Eingesetzte Ausgangsprodukteused output products

  • Ethacure® 300: 80:20-Mischung von 3,5-Bis(thiomethyl)-2,4-toluoldiamin und 3,5-Bis(thiomethyl)-2,6-toluoldiamin. Kommerziell erhältlich von Albemarle Europe SPRC.Ethacure ® 300: 80: 20 mixture of 3,5-bis (thiomethyl) -2,4-toluene diamine and 3,5-bis (thiomethyl) -2,6-toluene diamine. Commercially available from Albemarle Europe SPRC.
  • Fluid 1248: Silikonglykol-Graftcopolymer. Kommerziell erhältlich von Dow.Fluid 1248: silicone glycol graft copolymer. Commercially available from Dow.
  • Lonzacure® DETDA 80: 80:20-Mischung von 3,5-Diethyl-2,4-toluoldiamin und 3,5-Diethyl-2,6-toluoldiamin. Kommerziell erhältlich von Lonza Ltd. und Albemarle Europe SPRC (Ethacure®100).Lonzacure ® DETDA 80: 80: 20 mixture of 3,5-diethyl-2,4-toluenediamine and 3,5-diethyl-2,6-toluenediamine. Commercially available from Lonza Ltd. and Albemarle Europe SPRC (Ethacure ® 100).
  • Lupranat® MCI: 2,4'-MDI. Kommerziell erhältlich von BASF AG.Lupranat® ® MCI: 2,4'-MDI. Commercially available from BASF AG.
  • Lupranat® MI: 50:50-Isomerengemisch aus 4,4'- und 2,4'-MDI. Kommerziell erhältlich von BASF AG.Lupranat® ® MI: 50: 50 isomer mixture of 4,4'- and 2,4'-MDI. Commercially available from BASF AG.
  • Polyetheramin D-2000: Aliphatisches primäres aminterminiertes Polypropylendiamine, Mw = 2000 g mol–1. Kommerziell erhältlich von BASF AG oder Huntsman Petrochemical Corporation (Jeffamin® D-2000).Polyetheramine D-2000: Aliphatic primary amine-terminated polypropylenediamine, M w = 2000 g mol -1 . Commercially available from BASF AG or Huntsman Petrochemical Corporation (Jeffamine ® D-2000).
  • Polyetheramin T-5000: Aliphatisches primäres aminterminiertes Polypropylentriamine, Mw = 5000 g mol–1. Kommerziell erhältlich von BASF AG oder Huntsman Petrochemical Corporation (Jeffamin® T-5000).Polyetheramine T-5000: Aliphatic primary amine-terminated polypropylenetriamine, M w = 5000 g mol -1 . Commercially available from BASF AG or Huntsman Petrochemical Corporation (Jeffamine ® T-5000).
  • Unilink® 4100: N,N'-Di-sec-butyl-p-phenylendiamin. Kommerziell erhältlich von Dort Ketal.Unilink ® 4100: N, N'-di-sec-butyl-p-phenylenediamine. Commercially available from Dort Ketal.

Beispiel 1 – Erfindungsgemäß: 2,4'-MDI reiche Polyharnstoff-ElastomereExample 1 - According to the invention: 2,4'-MDI-rich polyurea elastomers

Als Isocyanatkomponente (B-Komponente) für das Polyharnstoff-Elastomere werden Prepolymere aus MDI (51,6 Gew.-% der B-Komponente) und einem difunktionellen Polypropylenglykol (48,4 Gew.-%) mit einer OH-Zahl von 56 mg KOH/g hergestellt. Als MDI werden 2,4'-MDI/4,4'-MDI-Isomerengemische mit einem 2,4'-MDI-Anteil am MDI-Isomerengemisch von 0 % (Carbodiimid-modifiziertes 4,4'-MDI), 25 %, 50 %, 75 % und 100 % eingesetzt. Die erhaltenen Isocyanatprepolymere haben einen NCO von 15,0 ± 0,1 % und eine Viskosität bei 25°C von 800 ± 100 mPas.When Isocyanate component (B component) for the polyurea elastomers are prepolymers of MDI (51.6 wt .-% of the B component) and a difunctional polypropylene glycol (48.4 wt%) having an OH number made of 56 mg KOH / g. As MDI 2,4'-MDI / 4,4'-MDI isomer mixtures with a 2,4'-MDI content of the MDI isomer mixture of 0% (carbodiimide-modified 4,4'-MDI), 25%, 50%, 75% and 100% used. The resulting isocyanate prepolymers have an NCO of 15.0 ± 0.1%. and a viscosity at 25 ° C from 800 ± 100 mPas.

Die verwendete aminische Standard-R-Komponente (Resin) besteht aus 62,0 Gew.-% eines difunktionellen, aminterminierten Polyoxypropylendiamins mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000 g mol–1, 10,9 Gew.-% eines trifunktionellen, aminterminier ten Polyoxypropylentriamins mit einem mittleren Molekulargewicht von 5000 g mol–1 sowie 27,1 Gew.-% des primären aromatischen Diamins Diethylentoluoldiamin (DETDA).The standard amine R component (Resin) used consists of 62.0 wt .-% of a difunctional, amine-terminated polyoxypropylenediamine having an average molecular weight of 2000 g mol -1 , 10.9 wt .-% of a trifunctional, amine terminier th polyoxypropylenetriamine with an average molecular weight of 5000 g mol -1 and 27.1% by weight of the primary aromatic diamine diethylenetoluenediamine (DETDA).

B- und R-Komponente wurden auf einer kommerziell erhältlichen Gusmer SR 300 Sprühmaschine in einem Volumenverhältnis von 1:1, bei einer Temperatur von 60 bis 80°C und einem Druck von etwa 150 bar auf Teflonplatten (60 cm·60 cm) zu einem Polyharnstoff-Elastomer mit einer Schichtdicke von ca. 20 mm versprüht (Index 110).B- and R component were on a commercially available Gusmer SR 300 spraying machine in a volume ratio of 1: 1, at a temperature of 60 to 80 ° C and a pressure of about 150 bar on Teflon plates (60 cm · 60 cm) to a polyurea elastomer with a layer thickness of 20 mm sprayed (Index 110).

Die Reaktivität des Systems (Gel- und Klebfrei-Zeiten) sowie charakteristische mechanische Eigenschaften der erhaltenen Polyurea-Beschichtungen sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Das reine 2,4'-MDI-Prepolymer hat unter Applikationsbedingungen die bei weitem niedrigste Viskosität, welche sich weitgehend der Viskosität der R-Komponente angeglichen hat (h70°C = 36 mPas). Mit steigendem 2,4'-Gehalt des eingesetzten Isocyanatprepolymers nimmt bei nahezu konstanter Shore-Härte die Reaktivität des Systems ab und die die Oberflächenperformance und Haftung (hier: auf Stein) damit zu. Die Reißdehnung steigt monoton mit dem 2,4'-MDI-Gehalt. Auch das Zug- und das Biege-E-Modul sind für reine 2,4'-MDI-Systeme maximal und durchlaufen für mittlere 2,4'-MDI-Gehalte um 50 % ein flaches Minimum. Während Zug- und Weiterreißfestigkeit demgegenüber bei mittleren 2,4'-MDI-Gehalten über ein flaches Maximum laufen, nimmt die Abriebbeständigkeit mit dem 2,4'-MDI-Anteil monoton ab.The reactivity of the system (gel and tack-free times) and characteristic mechanical properties of the polyurea coatings obtained are summarized in Table 1. The pure 2,4'-MDI prepolymer has by far the lowest viscosity under application conditions, which has largely matched the viscosity of the R component (h 70 ° C = 36 mPas). With increasing 2,4'-content of the isocyanate prepolymer used, the reactivity of the system decreases at almost constant Shore hardness and the surface performance and adhesion (here: on stone) increase. The elongation at break increases monotonously with the 2,4'-MDI content. The tensile and flexural modulus of elasticity is also maximal for pure 2,4'-MDI systems and is 50% flat for medium 2,4'-MDI contents. In contrast, while tensile and tear propagation tem- peratures exceed a flat maximum at medium 2,4'-MDI levels, the abrasion resistance decreases monotonically with the 2,4'-MDI content.

Dynamisch mechanische Analyse (DMA) zeigt, dass mit erhöhtem 2,4'-MDI-Gehalt des Prepolymeren zudem die Elastizität des Materials zunimmt. Sowohl der Temperaturbereich, in welchem das Material elastische Eigenschaften zeigt – hier wiedergegeben durch die Glastemperatur (Maximum in G"), als auch die Qualität der elastischen Eigenschaften – hier wiedergegeben durch tand25°C = G'/G" – ist für 2,4'-MDI-reiche Polyurea-Formulierungen erhöht.

Figure 00120001
Tabelle 1: Reaktivität und Mechanik von Polyurea-Elastomeren mit unterschiedlichem 2,4'-MDI/4,4'-MDI-Isomerenverhältnis der verwendeten Prepolymerkomponente. Dynamic mechanical analysis (DMA) shows that with increased 2,4'-MDI content of the prepolymer, the elasticity of the material also increases. Both the temperature range in which the material shows elastic properties - represented here by the glass transition temperature (maximum in G "), and the quality of the elastic properties - represented here by 25 ° C = G '/ G" - is for 2, 4'-MDI-rich polyurea formulations increased.
Figure 00120001
Table 1: Reactivity and mechanics of polyurea elastomers with different 2,4'-MDI / 4,4'-MDI isomer ratio of the prepolymer component used.

Beispiel 2 – Erfindungsgemäß: 2,4'-MDI reiche Polyharnstoff-Elastomere in Gegenwart von AbriebverbesserernExample 2 - According to the invention: 2,4'-MDI-rich polyurea elastomers in the presence of abrasion improvers

Es wurde verfahren wie in Beispiel 1. Es wurde jedoch für alle unter Beispiel 2 aufgeführten Polyurea-Elastomere ein Prepolymer, bestehend aus einem 2,4'-MD1:4,4'-MDI-Isomerenverhältnis von 50:50 (51,6 Gew.-% des Prepolymers, Lupranat® MI, BASF AG) und einem difunktionellen Polypropylenglykol (48,4 Gew.-%) mit einer OH-Zahl von 56, verwendet. Diesem Prepolymer wurden verschiedene kommerziell erhältlichen Abriebverbesserer in einer Konzentration von 2 beziehungsweise 4 Gew.-% bezogen auf die Isocyanatkomponente zugesetzt (Tabelle 2).The procedure was as in Example 1. However, for all polyurea elastomers listed under Example 2, a prepolymer consisting of a 50:50 2,4'-MD1: 4,4'-MDI isomer ratio (51.6 wt .-% of the prepolymer, Lupranat MI ®, BASF AG) and a difunctional polypropylene glycol (48.4 wt .-%) with an OH number of 56 is used. Various commercially available abrasion improvers were added to this prepolymer in a concentration of 2 or 4% by weight, based on the isocyanate component (Table 2).

Der Abrieb kann durch Zugabe der Abriebverbesserer bei ansonsten annähernd gleichbleibender Mechanik deutlich verbessert werden.

Figure 00130001
Tabelle 2: Mechanik von Polyurea-Elastomeren mit einem 2,4'-MD1:4,4'-MDI-Isomerenverhältnis der verwendeten Prepolymerkomponente von 50:50, dem 2 beziehungsweise 4 Gew.-% eines Abriebverbesserers zugesetzt wurden. The abrasion can be significantly improved by adding the Abriebverbesserer otherwise otherwise constant mechanism.
Figure 00130001
Table 2: Mechanics of polyurea elastomers having a 2,4'-MD1: 4,4'-MDI isomer ratio of the 50:50 prepolymer component used, to which 2% and 4% by weight, respectively, of an attrition improver were added.

Beispiel 3 – Erfindungsgemäß: 2,4'-MDI-reiche Polyharnstoff-Elastomere auf Basis von Mischungen von 2,4'-MDI und MDI-PrepolymerenExample 3 - According to the invention: 2,4'-MDI-rich polyurea elastomers based on mixtures of 2,4'-MDI and MDI prepolymers

Es wurde verfahren wie in Beispiel 1. Es wird aber für die Isocyanatkomponente zunächst ein Prepolymer aus MI (34,3 % Gew.-%), einem 50:50 Isomerengemisch aus 2,4'-MDI und 4,4'-MDI, und einem difunktionellen Polypropylenglykol (65,7 Gew.-%) mit einer OH-Zahl von 56 mg KOH/g hergestellt. Das so erhaltene Isocyanatprepolymer hat einen NCO-Gehalt von 8,6 ± 0,1 Gew.-%. Durch Abmischung mit (Carbodiimidmodifiziertem) 4,4'-MDI, MI beziehungsweise 2,4'-MDI werden Prepolymere mit einem Gesamt-2,4'-MDI-Anteil am MDI-Isomerengemisch von ca. 25 %, 50 % beziehungsweise 75 % und einem Gesamt-NCO-Gehalt von 15,0 ± 0,1 Gew.-% erhalten.It The procedure was as in Example 1. However, it is for the isocyanate component first a prepolymer of MI (34.3% wt.%), a 50:50 mixture of isomers from 2,4'-MDI and 4,4'-MDI, and one difunctional polypropylene glycol (65.7 wt%) having an OH number made of 56 mg KOH / g. The isocyanate prepolymer thus obtained has an NCO content of 8.6 ± 0.1 Wt .-%. By mixing with (carbodiimide-modified) 4,4'-MDI, MI or Become 2,4'-MDI Prepolymers with a total 2,4'-MDI content on the MDI isomer mixture of about 25%, 50% and 75% and obtained a total NCO content of 15.0 ± 0.1 wt .-%.

Die so erhaltenen Polyurea-Elastomere sind in Ihren mechanischen Eigenschaften mit denjenigen aus Beispiel 1, deren Isocyanatkomponente ein entsprechendes 2,4'-MDI:4,4'-MDI-Isomerenverhältnis aufweisen, vergleichbar (Tabelle 3).

Figure 00140001
Tabelle 3: Mechanik von Polyurea-Elastomeren mit unterschiedlichem 2,4'-MDI:4,4'-MDI-Isomerenverhältnis von 25 %, 50 % beziehungsweise 75 % der verwendeten Prepolymerkomponente, hergestellt durch Mischung eines MI-Prepolymers (NCO = 8,6 %) mit 4,4'-MDI, MI beziehungsweise 2,4'-MDI. The polyurea elastomers thus obtained are similar in their mechanical properties to those of Example 1, whose isocyanate component has a corresponding 2,4'-MDI: 4,4'-MDI isomer ratio (Table 3).
Figure 00140001
Table 3: Mechanics of polyurea elastomers with different 2,4'-MDI: 4,4'-MDI isomer ratio of 25%, 50% and 75% of the prepolymer component used, prepared by mixing a MI prepolymer (NCO = 8, 6%) with 4,4'-MDI, MI and 2,4'-MDI, respectively.

Beispiel 4 – Erfindungsgemäß: 2,4'-MDI-reiche Polyharnstoff-Elastomere mit hohem NCO-WertExample 4 - According to the invention: 2,4'-MDI-rich polyurea elastomers with high NCO value

Es wurde verfahren wie in Beispiel 1. Für die Isocyanatkomponente werden 2,4'-MDI/4,4'-MDI-Isomerengemische mit einem 2,4'-MDI-Anteil am MDI-Isomerengemisch von 25 % beziehungsweise von 75 % eingesetzt. Für jedes der beiden MDI-Isomerenverhältnisse werden jeweils MDI-Prepolymere durch Umsetzung mit Polypropylenglykol (OH-Zahl: 56 mg KOH/g) mit einem NCO-Gehalt von 15 % (vgl. Beispiel 1), 17 % und 19 % hergestellt.It The procedure was as in Example 1. For the isocyanate component 2,4'-MDI / 4,4'-MDI isomer mixtures with a 2,4'-MDI content used on MDI isomer mixture of 25% and 75%. For each the two MDI isomer ratios are each MDI prepolymers by reaction with polypropylene glycol (OH number: 56 mg KOH / g) with an NCO content of 15% (see Example 1), 17% and 19%.

Man erhält für das 2,4'-MDI-reichere MDI-Prepolymer (2,4'-MDI/4,4'-MDI: 75 %) Polyurea-Elastomere erhöhter Härte bei vergleichsweise hoher Dehnung und gutem Abriebverhalten.

Figure 00150001
Tabelle 4: Mechanik von Polyurea-Elastomeren mit unterschiedlichem NCO-Gehalt von 15 %, 17 % beziehungsweise 19 % bei einem 2,4'-MDI:4,4'-MDI-Isomerenverhältnis von 25 beziehungsweise 75 % der verwendeten Prepolymerkomponente. For the 2,4'-MDI-richer MDI prepolymer (2,4'-MDI / 4,4'-MDI: 75%) polyurea elastomers of increased hardness with comparatively high elongation and good abrasion behavior are obtained.
Figure 00150001
Table 4: Mechanics of polyurea elastomers with different NCO contents of 15%, 17% and 19% respectively at a 2,4'-MDI: 4,4'-MDI isomer ratio of 25 and 75% of the prepolymer component used.

Claims (17)

Verfahren zur Herstellung von Polyharnstoff-Sprühelastomeren durch Umsetzung von a) Polyisocyanaten mit b) Aminen, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyisocyanate a) ai) Umsetzungsprodukte aus Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen mit 2,4'-MDI, einem Gemisch aus 2,4'-MDI und 4,4'-MDI mit einem Gehalt an 2,4'-MDI von mindestens 50 Gew.-% gegebenenfalls gemeinsam mit aii) Gemischen aus MDI und Polymethylen-polyphenylen-polyisocyanaten und/oder aiii) Isomeren von MDI, die durch Einbau von anderen als Urethangruppen modifiziert sein können, und als Amine b) ein Gemisch aus bi) mindestens einem Polyetheramin und bii) mindestens einem von bi) verschiedenen primären oder sekundären Amin als Kettenverlängerer eingesetzt werden.A process for the preparation of polyurea spray elastomers by reacting a) polyisocyanates with b) amines, characterized in that as polyisocyanates a) ai) reaction products of compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms with 2,4'-MDI, a mixture of , 4'-MDI and 4,4'-MDI with a content of 2,4'-MDI of at least 50 wt .-% optionally together with aii) mixtures of MDI and polymethylene polyphenylene polyisocyanates and / or aiii) isomers of MDI, which may be modified by incorporation of other than urethane groups, and as amines b) a mixture of bi) at least one polyetheramine and bii) at least one of bi) different primary or secondary amine used as a chain extender. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NCO-Gehalt der Polyisocyanate a) zwischen 10 und 22 Gew.-% liegt.Method according to claim 1, characterized in that the NCO content of the polyisocyanates a) is between 10 and 22% by weight. lies. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NCO-Gehalt der Polyisocyanate a) zwischen 13 und 20 Gew.-% liegt.Method according to claim 1, characterized in that the NCO content of the polyisocyanates a) is between 13 and 20% by weight. lies. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Funktionalität des Polyisocyanats a) kleiner 2,6 ist.Method according to claim 1, characterized in that that the middle functionality of the polyisocyanate a) is less than 2.6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Funktionalität des Polyisocyanats a) kleiner 2,2 ist.Method according to claim 1, characterized in that that the middle functionality of the polyisocyanate a) is less than 2.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NCO-Gehalt der Umsetzungsprodukte ai) 1 bis 22 Gew.-% beträgt.Method according to claim 1, characterized in that the NCO content of the reaction products ai) is 1 to 22% by weight. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NCO-Gehalt der Umsetzungsprodukte ai) 5 bis 20 Gew.-% beträgt.Method according to claim 1, characterized in that the NCO content of the reaction products ai) is 5 to 20% by weight. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NCO-Gehalt der Gemische aus MDI und Polymethylen-polyphenylen-polyisocyanaten aii) 29 bis 33 Gew.-% beträgt.Method according to claim 1, characterized in that that the NCO content of the mixtures of MDI and polymethylene polyphenylene polyisocyanates aii) is 29 to 33 wt .-%. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Gemische aus MDI mit Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanaten aii) 0 bis 65 Gew.-%, bezogen auf das zur Herstellung des Polyisocyanats a) eingesetzte Isocyanat, beträgt.Method according to claim 1, characterized in that the proportion of mixtures of MDI with polyphenylenepolymethylene polyisocyanates aii) 0 to 65% by weight, based on that used for the preparation of the polyisocyanate a) Isocyanate. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Gemische aus MDI mit Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanaten aii) 0 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das zur Herstellung des Polyisocyanats a) eingesetzte Isocyanat, beträgt.Method according to claim 1, characterized in that the proportion of mixtures of MDI with polyphenylenepolymethylene polyisocyanates aii) 0 to 35% by weight, based on that used for the preparation of the polyisocyanate a) Isocyanate. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des MDI aiii) 0 bis 45 Gew.-%, bezogen auf das zur Herstellung des Polyisocyanats a) eingesetzte Isocyanat, beträgt.Method according to claim 1, characterized in that that the proportion of MDI aiii) 0 to 45 wt .-%, based on the Preparation of the polyisocyanate a) isocyanate used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyetheramine bi) aminterminierte Polyoxyethylen- beziehungsweise Polyoxypropylenoxide mit Molekulargewichten zwischen 200 und 5000 g mol–1 sind.Process according to Claim 1, characterized in that the polyetheramines bi) are amine-terminated polyoxyethylene or polyoxypropylene oxides having molecular weights of between 200 and 5000 g mol -1 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primären oder sekundären Amine als Kettenverlängerer bii) ein Molekulargewicht im Bereich zwischen 150 und 500 g/mol haben.Method according to claim 1, characterized in that that the primary or secondary Amines as chain extenders bii) a molecular weight in the range between 150 and 500 g / mol to have. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primären oder sekundären Amine als Kettenverlängerer bii) ausgewählt sind aus der Gruppe, enthaltend Diethylentoluoldiamin, 4,4'-Methylenbis-(2,6-diethyl)-anilin (MDEA), 4,4'-Methylenbis-(2,6-diisopropyl)-anilin (MDIPA), 4,4'-Methylenbis-(3-chloro, 2,6-diethyl)-anilin (MCDEA), Dimethylthio-toluoldiamin (DMTDA), sekundären Aminfunktionen wie N,N'-Di(sec-butyl)-amino-biphenylmethan (DBMDA) oder N,N'-Di-sec-butyl-p-phenylendiamin.Method according to claim 1, characterized in that that the primary or secondary Amines as chain extenders bii) are from the group containing diethylenetoluenediamine, 4,4'-methylenebis- (2,6-diethyl) -aniline (MDEA), 4,4'-methylenebis- (2,6-diisopropyl) -aniline (MDIPA), 4,4'-methylenebis (3-chloro, 2,6-diethyl) -aniline (MCDEA), dimethylthio-toluenediamine (DMTDA), secondary amine functions such as N, N'-di (sec-butyl) amino biphenylmethane (DBMDA) or N, N'-di-sec-butyl-p-phenylenediamine. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente b) 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Komponente b), mindestens eines Polyols enthält.Method according to claim 1, characterized in that that component b) 0 to 50 wt .-%, based on the component b) containing at least one polyol. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente b) 0 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Komponente b), mindestens eines Polyols enthält.Method according to claim 1, characterized in that that component b) 0 to 20 wt .-%, based on the component b) containing at least one polyol. Polyharnstoff-Sprühelastomere, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 12.Polyurea spray elastomers, preparable according to one of the claims 1 to 12.
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