DE10319242A1 - Starting compounds for the production of polyurethanes - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung sind Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Polyurethanen, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Umsetzung von Hydroxylgruppen enthaltenden Oligomeren von Formaldehyd herstellbar sind.The invention relates to starting compounds for the production of polyurethanes, characterized in that they can be prepared by reacting oligomers of formaldehyde containing hydroxyl groups.
Description
Gegenstand der Erfindung sind neue Ausgangsverbindungen für die Herstellung von Polyurethanen sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.object the invention are new starting compounds for the production of polyurethanes and a process for their manufacture.
Polyurethane sowie ihre Herstellung sind seit langem bekannt und vielfach in der Literatur beschrieben. Ihre Herstellung erfolgt üblicherweise durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen.Polyurethane as well as their production have long been known and in many cases in described in the literature. They are usually manufactured by reacting polyisocyanates with compounds containing at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups.
Als Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen werden zumeist Polyole eingesetzt. Die größte technische Bedeutung haben hierbei die Polyetheralkohole und die Polyesteralkohole.As Compounds with at least two reactive with isocyanate groups Hydrogen atoms are mostly used in polyols. The biggest technical The polyether alcohols and the polyester alcohols are important here.
Polyesteralkohole werden üblicherweise durch Umsetzung von mindestens difunktionellen Alkoholen mit mindestens difunktionellen Carbonsäuren hergestellt.polyester alcohols are common by reacting at least difunctional alcohols with at least difunctional carboxylic acids manufactured.
Die Polyetheralkohole werden im allgemeinen durch Addition von Alkylenoxiden an OH- oder NH-funktionelle Starterverbindungen erhalten.The Polyether alcohols are generally made by adding alkylene oxides obtained on OH- or NH-functional starter compounds.
Dabei wird der Preis der bisher üblichen Polyole von den verwendeten Starterverbindungen und den eingesetzten Alkylenoxiden, vor allem Propylenoxid und Ethylenoxid, bestimmt.there the price of the usual Polyols from the starter compounds used and those used Alkylene oxides, especially propylene oxide and ethylene oxide, determined.
Eine wesentlich kostengünstigere Ausgangsverbindung zur Herstellung von Polyolen wäre das Formaldehyd. Bekanntlich reagiert Formaldehyd mit sich selbst zu Oligomeren, die endständige Hydroxylgruppen aufweisen. Diese Reaktion führt jedoch zumeist zu einem Gemisch aus Oligomeren und Polymeren mit unterschiedlichen Kettenlängen, die mit Formaldehyd im Gleichgewicht stehen. Verbindungen mit einer derart breiten Molekulargewichtsverteilung sind jedoch zur Herstellung von Polyurethanen unbrauchbar. Ein weiterer Nachteil dieser Verbindungen ist ihre mangelnde Stabilität. Bereits nach kurzer Zeit kommt es zu einer Rückspaltung der Oligomere und Polymere.A much cheaper The starting compound for the production of polyols would be formaldehyde. As is well known, formaldehyde reacts with itself to form oligomers, the terminal Have hydroxyl groups. However, this reaction usually leads to one Mixture of oligomers and polymers with different chain lengths, the be in equilibrium with formaldehyde. Connections with a such a broad molecular weight distribution are, however, for production useless of polyurethanes. Another disadvantage of these connections is their lack of stability. After a short time, the oligomers and Polymers.
In
In
Dabei können durch die Entwässerung von Formaldehydlösungen Formaldehyd-Oligomere der allgemeinen Formel (I) mit n = 2 bis 19, vorzugsweise 2-9, erhalten werden. Diese Lösungen können bis zu 80 % Oligo-Formaldehyd enthalten, freies Wasser liegt nicht vor. Es ist möglich, einzelne Fraktionen, d.h. Oligomere mit bestimmten Kettenlängen, mittels gezielt durchgeführter Verfahrensweise, insbesondere mittels Destillation, abzutrennen. Die Oligomere werden mit anderen Stoffen umgesetzt, wobei man hier die definierte Rückspaltung der Oligomere zu Formaldehyd ausnutzt.there can through drainage of formaldehyde solutions Formaldehyde oligomers of the general formula (I) with n = 2 to 19, preferably 2-9 become. These solutions can contain up to 80% oligo-formaldehyde, there is no free water in front. It is possible, individual fractions, i.e. Oligomers with certain chain lengths, by means of specifically carried out Procedure, in particular by means of distillation. The oligomers are reacted with other substances, whereby one here the defined cleavage which uses oligomers to formaldehyde.
Das resultierende Oligomergemisch aus in der Regel 2-9 Formaldehydeinheiten ist, wie auch Polyoxymethylen, instabil. Binnen 2 Stunden bilden sich neben höhermolekulare Verbindungen (Paraformaldehyd), Wasser und monomolekularer hydratisierter Formaldehyd.The resulting oligomer mixture of usually 2-9 formaldehyde units like polyoxymethylene, is unstable. Form within 2 hours themselves alongside higher molecular weight Compounds (paraformaldehyde), water and monomolecular hydrated Formaldehyde.
Es ist wünschenswert, die Kosten der Ausgangsstoffe zur Herstellung von Polyurethanen, insbesondere der Polyole, zu senken.It is desirable the cost of raw materials for the production of polyurethanes, especially the polyols.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß Formaldehyd und seine Oligomeren in einfacher Weise als Ausgangssubstanz zur Herstellung von Polyurethan-Rohstoffen eingesetzt werden können.Surprisingly it was found that formaldehyde and its oligomers in a simple manner as a starting substance for Manufacture of polyurethane raw materials can be used.
Gegenstand der Erfindung sind demzufolge Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Polyurethanen, im folgenden auch als Polyurethan-Rohstoffe bezeichnet, herstellbar durch Umsetzung von Hydroxylgruppen enthaltenden Oligomeren von Formaldehyd.object the invention are accordingly starting compounds for production of polyurethanes, hereinafter also referred to as polyurethane raw materials, can be produced by reacting oligomers containing hydroxyl groups of formaldehyde.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Rohstoffen durch Umsetzung der Hydroxylgruppen von Oligomeren des Formaldehyds.object The invention is also a process for the production of polyurethane raw materials Implementation of the hydroxyl groups of oligomers of formaldehyde.
Als Oligomere des Formaldehyds werden Gemische von Verbindungen der allgemeinen Formel (I), wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 19, insbesondere von 2 bis 9 ist, eingesetzt.As Formaldehyde oligomers are mixtures of compounds of general formula (I), where n is an integer from 2 to 19, in particular from 2 to 9 is used.
Die Herstellung der Verbindungen der allgemeinen Formel (I) kann nach bekannten Verfahren erfolgen. So ist es möglich, die Oligomere durch bekannte Polymerisation von Trioxan, einem cyclischen Umsetzungsprodukt des Formaldehyds, zu erzeugen. Dieses Verfahren ist literaturbekannt. Es wird vorzugsweise zur Herstellung von Polyoxymethylen (POM) angewandt und ist beispielsweise im Römpp Chemie Lexikon beschrieben. Dieses Verfahren ist zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethan-Rohstoffe jedoch nicht bevorzugt, da bevorzugt hochmolekulare Umsetzungsprodukte entstehen.The Preparation of the compounds of general formula (I) can be according to known methods. So it is possible to go through the oligomers known polymerization of trioxane, a cyclic reaction product of formaldehyde. This process is known from the literature. It is preferably used for the production of polyoxymethylene (POM) and is for example in Römpp Chemistry lexicon described. This process is for manufacturing of the polyurethane raw materials according to the invention, however not preferred, since preferably high molecular weight reaction products arise.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die Oligomere nach dem in
Die Herstellung der Oligomere des Formaldehyds erfolgt hierbei, indem aus einer Lösung, in der ein Gleichgewicht zwischen Formaldehyd und seinen Oligomeren herrscht, bestimmte Fraktionen abgetrennt werden. Diese Abtrennung erfolgt vorzugsweise destillativ, zumeist mittels eines Filmverdampfers, insbesondere mittels eines Dünnschichtverdampfers. Geeignete Betriebsbedingungen für den Filmverdampfer sind im allgemeinen eine Temperatur zwischen 10 und 230°C, bevorzugt zwischen 10 und 150°C, bei einem Absolutdruck zwischen 0,5 mbar und 2 bar. Für die Auftrennung einer wäßrigen Formaldehydlösung sind Temperaturen zwischen 20 und 100°C bei Normaldruck bevorzugt.The The oligomers of formaldehyde are produced here by from a solution in which there is a balance between formaldehyde and its oligomers there are certain fractions to be separated. This separation is preferably carried out by distillation, usually using a film evaporator, in particular by means of a thin film evaporator. Suitable operating conditions for the film evaporators are generally a temperature between 10 and 230 ° C, preferably between 10 and 150 ° C, at an absolute pressure between 0.5 mbar and 2 bar. For the separation an aqueous formaldehyde solution Temperatures between 20 and 100 ° C preferred at normal pressure.
Die so abgetrennten Fraktionen von Oligomeren des Formaldehyds weisen zumeist eine sehr enge Molekulargewichtsverteilung auf. Sie sind, wie oben ausgeführt, für eine bestimmte Zeit lagerstabil und sollten während dieser Zeit weiterverarbeitet werden, um eine Veränderung ihrer Zusammensetzung zu vermeiden.The thus separated fractions of oligomers of formaldehyde have mostly a very narrow molecular weight distribution. They are, as stated above, for one certain time stable in storage and should be processed during this time be a change to avoid their composition.
Prinzipiell könnte auf eine Abtrennung von bestimmten Oligomeren aus der Reaktionsmischung verzichtet und diese unmittelbar zur Herstellung der Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Polyurethanen verwendet werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß diese Mischung große Mengen freies Formaldehyd und Wasser enthält, wodurch es zu erheblichen Nebenreaktionen kommt.in principle could for the separation of certain oligomers from the reaction mixture dispensed and this directly for the production of the starting compounds be used for the production of polyurethanes. The disadvantage here is that this Mix great Contains amounts of free formaldehyde and water, causing it to become substantial Side reactions come.
Die beschriebenen Oligomere der allgemeinen Formel (I) können prinzipiell auch ohne weitere Behandlung als Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Polyurethanen verwendet werden. Wenn die Umsetzung sich unmittelbar an ihre Abtrennung anschließt, werden Abbaureaktionen, die zur Abspaltung von Formaldehyd führen, vermieden. Vorzugsweise erfolgt jedoch eine Umsetzung der endständigen Hydroxylgruppen der Oligomere.The Oligomers of the general formula (I) described can in principle even without further treatment as starting compounds for the preparation of polyurethanes can be used. If the implementation is immediate following their separation, degradation reactions that lead to the release of formaldehyde are avoided. However, the terminal hydroxyl groups are preferably reacted Oligomers.
Bei der Umsetzung der Oligomere zu Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Polyurethanen werden deren endständige Hydroxylgruppen umgesetzt.at the conversion of the oligomers to starting compounds for the preparation The terminal hydroxyl groups of polyurethanes are converted.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die endständigen Hydroxylgruppen mit Alkylenoxiden zu Polyetheralkoholen umgesetzt. Die Umsetzung erfolgt üblicherweise wie bei der bekannten Herstellung von Polyetheralkoholen unter Verwendung der üblichen alkoholischen Startsubstanzen.In one embodiment the invention will be the terminal Hydroxyl groups reacted with alkylene oxides to form polyether alcohols. The implementation is usually done as in the known production of polyether alcohols using the usual alcoholic starter substances.
Die Hydroxylzahl der Oligomere liegt je nach Zahl der Formaldehydeinheiten zwischen 1436 mg KOH/g bei n = 2 und 389 mg KOH/g bei n = 9. Da die Oligomere nach der Abtrennung wasserfrei sind, ist ein Trocknungsschritt zwischen der Abtrennung der Oligomere und deren Umsetzung mit den Alkylenoxiden nicht mehr notwendig.Depending on the number of formaldehyde units, the hydroxyl number of the oligomers is between 1436 mg KOH / g at n = 2 and 389 mg KOH / g at n = 9. Since the oligomers are anhydrous after the separation, there is a drying step between the separation of the oligomers and theirs Reaction with the alkylene oxides is not more necessary.
Wie in der Technik üblich, erfolgt die Umsetzung der Oligomere des Formaldehyds mit den Alkylenoxiden in Anwesenheit von Katalysatoren. Als Katalysatoren können, wie üblich, basische Verbindungen, wie Amine, basische Metalloxide und Metallhydroxide, insbesondere Kaliumhydroxid, eingesetzt werden.How common in technology, the oligomers of formaldehyde are reacted with the alkylene oxides in the presence of catalysts. As usual, basic catalysts can be used Compounds such as amines, basic metal oxides and metal hydroxides, especially potassium hydroxide can be used.
Bevorzugt
als Katalysatoren eingesetzt werden Multimetallcyanidverbindungen,
auch als DMC-Katalysatoren bezeichnet. Derartige Verbindungen sind
seit langem bekannt und werden beispielsweise in
Als Alkylenoxide können die hierfür üblichen und bekannten Verbindungen eingesetzt werden. Die größte technische Bedeutung haben Ethylenoxid und Propylenoxid, die einzeln oder in beliebigen Gemischen untereinander eingesetzt werden können. Beim Einsatz von Ethylenoxid und Propylenoxid können die beiden Alkylenoxide gemeinsam in einer sogenannten Statistik oder nacheinander in sogenannten Alkylenoxidblöcken dosiert werden.As Alkylene oxides can the usual ones for this and known compounds are used. The biggest technical Ethylene oxide and propylene oxide, individually or in any mixtures can be used with each other. At the The two alkylene oxides can be used with ethylene oxide and propylene oxide together in a so-called statistic or one after the other in so-called alkylene oxide blocks be dosed.
Die Art und Menge der dosierten Alkylenoxide hängt insbesondere von der Vrwendung der Polyetheralkohole ab. Für den Einsatz in Hartschaumstoffen weisen die Polyetheralkohole kurze Ketten auf. Die Hydroxylzahl derartiger Polyetheralkohole liegt zumeist im Bereich zwischen 300 bis 600, insbesondere zwischen 400 und 500 mg KOH/g. Als Alkylenoxid wird vorzugsweise Propylenoxid eingesetzt.The The type and amount of the dosed alkylene oxides depends in particular on the use of the polyether alcohols. For the use in rigid foams has the polyether alcohols short Chains on. The hydroxyl number of such polyether alcohols is mostly in the range between 300 to 600, in particular between 400 and 500 mg KOH / g. Propylene oxide is preferably used as the alkylene oxide used.
Für den Einsatz in Weichschaumstoffen werden zumeist langkettige Polyetheralkohole eingesetzt. Die Hydroxylzahl dieser Polyetheralkohole liegt zumeist im Bereich zwischen 30 und 120 mg KOH/g, vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 60 mg KOH/g. Als Alkylenoxide werden zumeist Gemische aus Ethylenoxid und Propylenoxid eingesetzt. Für bestimmte Einsatzgebiete, beispielsweise für die Herstellung von Kaltformschäumen, wird am Ende der Polyetherkette ein reiner Ethylenoxidblock angelagert.For use Long-chain polyether alcohols are mostly used in flexible foams used. The hydroxyl number of these polyether alcohols is usually in the range between 30 and 120 mg KOH / g, preferably in the range between 30 and 60 mg KOH / g. Mixtures are mostly used as alkylene oxides used from ethylene oxide and propylene oxide. For certain areas of application, for example for the production of cold molded foams, a pure ethylene oxide block is added to the end of the polyether chain.
Bei der Verwendung von DMC-Katalysatoren zur Herstellung der Polyetheralkohole wird als Alkylenoxid vorzugsweise Propylenoxid oder statistische Mischungen aus Propylenoxid und Ethylenoxid eingesetzt. In einer besonderen Ausführungsform dieses Verfahrens wird in einer statistischen Mischung aus Ethylenoxid und Propylenoxid während der Dosierung das Verhältnis der beiden Alkylenoxide zueinander in der Mischung geändert, wie in WO 01/44347 beschrieben.at the use of DMC catalysts for the production of the polyether alcohols is preferably propylene oxide or statistical as alkylene oxide Mixtures of propylene oxide and ethylene oxide are used. In a special embodiment this process is carried out in a statistical mixture of ethylene oxide and Propylene oxide during the ratio of the dosage of the two alkylene oxides changed to one another in the mixture, such as described in WO 01/44347.
Durch diese Verfahrensvariante können, durch Verwendung von Oligomeren unterschiedlicher Molekulargewichte, auf einfache Weise Diole in weiten Molmassenbereichen hergestellt werden, die eine enge Molmassenverteilung aufweisen.By this process variant can by using oligomers of different molecular weights, diols produced in a wide range of molecular weights in a simple manner be that have a narrow molecular weight distribution.
Die Oligomere des Formaldehyds können allein oder im Gemisch mit anderen H-funktionellen Startsubstanzen mit den Alkylenoxiden umgesetzt werden. Als zusätzliche Startsubstanzen werden vorzugsweise mindestens zweifunktionelle Alkohole, wie Glyzerin, Trimethylolpropan, Ethylenglykol, Propylenglykol sowie deren höhere Homologe eingesetzt werden.The Oligomers of formaldehyde can alone or in a mixture with other H-functional starting substances with the Alkylene oxides are implemented. As additional starting substances preferably at least two-functional alcohols, such as glycerol, Trimethylolpropane, ethylene glycol, propylene glycol and their higher homologues be used.
Die Umsetzung der Startsubstanz mit den Alkylenoxiden wird im allgemeinen bei den hierfür üblichen Drücken im Bereich zwischen 0,1 und 1,0 MPa und den üblichen Temperaturen im Bereich zwischen 80 und 140°C durchgeführt. An die Dosierung der Alkylenoxide schließt sich zumeist eine Nachreaktionsphase zum vollständigen Abreagieren der Alkylenoxide an. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zu Beginn der Nachreaktionsphase, vorzugsweise unmittelbar nach Abschluß der Dosierung der Alkylenoxide, der Reaktionsmischung nochmals Katalysator, insbesondere Aminkatalysator, zugesetzt.The Implementation of the starting substance with the alkylene oxides is generally at the usual pressures for this Range between 0.1 and 1.0 MPa and the usual temperatures in the range between 80 and 140 ° C carried out. A post-reaction phase usually follows the metering of the alkylene oxides to complete Reaction of the alkylene oxides. In an advantageous embodiment of the method according to the invention is at the beginning of the post-reaction phase, preferably immediately after completion of the Dosing of the alkylene oxides, the reaction mixture again catalyst, especially amine catalyst added.
Nach der Anlagerung der Alkylenoxide, werden die Polyetheralkohole zumeist einer kurzen destillativen Behandlung zur Abtrennung leichtflüchtiger Verunreinigungen unterzogen. Falls erforderlich, kann der Polyetheralkohol anschließend filtriert werden, um eventuell vorhandene feste Verunreinigungen zu entfernen. Falls als Katalysatoren basische Verbindungen eingesetzt werden, erfolgt im Anschluss an die Anlagerung der Alkylenoxide die Entfernung des Katalysators. Dies kann durch Neutralisation mit Säuren oder durch Einsatz von Adsorptionsmitteln erfolgen. Im Anschluss daran werden die Salze beziehungsweise die Adsorptionsmittel durch Filtration entfernt.To the addition of the alkylene oxides, the polyether alcohols are mostly a short distillation treatment to separate volatile substances Subjected to impurities. If necessary, the polyether alcohol subsequently be filtered to remove any solid contaminants to remove. If basic compounds are used as catalysts are carried out after the addition of the alkylene oxides the removal of the catalyst. This can be done through neutralization with acids or by using adsorbents. In connection the salts or the adsorbents are then passed through Filtration removed.
In
einer besonderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die Umsetzung der Oligomeren des Formaldehyds mit den Alkylenoxiden,
insbesondere unter Verwendung von DMC-Katalysatoren, auch kontinuierlich
durchgeführt
werden. Dabei werden das abgetrennte Oligomerengemisch und das Alkylenoxid
sowie der Katalysator kontinuierlich einem Reaktor zugeführt und
der gebildete Polyetheralkohol kontinuierlich dem Reaktor entnommen.
Solche kontinuierlichen Verfahren sind beispielsweise in
Die so erhaltenen Polyetheralkohole können problemlos nach üblichen Verfahren mit Isocyanaten zu Polyurethanen umgesetzt werden. Dabei können die erfindungsgemäßen Polyetheralkohole allein oder bevorzugt im Gemisch mit anderen Verbindungen mit zusätzlichen Alkoholen, insbesondere kurzkettigen mehrfunktionellen Alkoholen, Polyether- und/oder Polyesteralkoholen, vorzugsweise Polyetheralkoholen, eingesetzt werden. Als kurzkettige Alkohole werden zumeist zwei- oder mehrfunktionelle Alkohole mit einem Molekulargewicht im Bereich zwischen 62 und 400 g/mol, wie Ethlylenglykol, Propylenglykol und deren höhere Homologen oder Glycerin eingesetzt.The polyether alcohols obtained in this way can easily be prepared by conventional methods Process with isocyanates to be implemented as polyurethanes. there can the polyether alcohols according to the invention alone or preferably in a mixture with other compounds with additional ones Alcohols, especially short-chain polyfunctional alcohols, Polyether and / or polyester alcohols, preferably polyether alcohols, be used. Short-chain alcohols are usually two- or polyfunctional alcohols with a molecular weight in the range between 62 and 400 g / mol, such as ethylene glycol, propylene glycol and their higher Homologues or glycerin used.
Als Polyetheralkohole und Polyesteralkohole können die für diesen Einsatzzweck üblichen und bekannten Verbindungen eingesetzt werden. Sie haben zumeist ein Molekulargewicht Mn von über 400 g/mol, vorzugsweise im Bereich zwischen 400 und 15000 g/mol. Die Herstellung dieser Polyole erfolgt nach üblichen und bekannten Verfahren, im Falle der Polyesteralkohole durch Umsetzung von mehrfunktionellen Alkoholen mit mehrfunktionellen Carbonsäuren, im Falle der Polyetheralkohole durch Anlagerung von Alkylenoxiden an H-funktionelle Startsubstanzen. Die Umsetzung erfolgt, je nach Art der gewünschten Polyurethane, gegebenenfalls in Anwesenheit von Katalysatoren, Treibmitteln sowie üblichen Hilfs- und/oder Zusatzstoffen.As Polyether alcohols and polyester alcohols can be the usual ones for this purpose and known compounds are used. They mostly have a molecular weight Mn of over 400 g / mol, preferably in the range between 400 and 15000 g / mol. These polyols are prepared by customary and known processes, in the case of polyester alcohols, by the implementation of multifunctional ones Alcohols with polyfunctional carboxylic acids, in the case of polyether alcohols by addition of alkylene oxides to H-functional starter substances. Depending on the nature of the desired polyurethanes, the reaction is optionally carried out in the presence of catalysts, blowing agents and conventional Auxiliaries and / or additives.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Oligomere des Formaldehyds nach ihrer Abtrennung aus der Reaktionsmischung mit Isocyanaten zu Prepolymeren umgesetzt.In a further embodiment In the present invention, the oligomers of formaldehyde after their separation from the reaction mixture with isocyanates converted to prepolymers.
Hierzu werden die endständigen Hydroxylgruppen der wie oben beschrieben abgetrennten Oligomeren der allgemeinen Formel (I) mit Isocyanaten umgesetzt. Da die Oligomeren nur eine begrenzte Zeit lagerstabil sind, muß auch hier die Umsetzung unmittelbar im Anschluss an die Abtrennung der Oligomeren erfolgen, wenn ein Produkt mit einer engen Molmassenverteilung erhalten werden soll.For this become the terminal ones Hydroxyl groups of the oligomers separated as described above of the general formula (I) reacted with isocyanates. Because the oligomers are only stable in storage for a limited time, the implementation must also be immediate subsequent to the separation of the oligomers if a Product with a narrow molecular weight distribution should be obtained.
Bei einer zu langen Aufbewahrung der Oligomeren kommt es neben einer Verbreiterung der Molmassenverteilung auch zu einer Bildung von Formaldehyd und Wasser in der Oligomerenmischung. Dies ist, obwohl der gebildete Formaldehyd prinzipiell durch abstrippen entfernt werden kann, nachteilig für die Weiterverarbeitung der Oligomeren zu Prepolymeren, da es zu unerwünschten Nebenreaktionen führt.at Excessive storage of the oligomers occurs next to one Broadening of the molecular weight distribution also leads to the formation of Formaldehyde and water in the oligomer mixture. This is though the formaldehyde formed is principally removed by stripping can be detrimental to the further processing of the oligomers to prepolymers, since it is too undesirable Side reactions leads.
Durch die Reaktion aller Hydroxylgruppen der Oligomeren wird deren Rückspaltung völlig unterdrückt. Die Prepolymeren sind lagerstabil und können verarbeitet werden wie Prepolymere aus anderen, in der Polyurethanchemie gebräuchlichen Polyolen.By the reaction of all the hydroxyl groups of the oligomers becomes their cleavage completely suppressed. The Prepolymers are stable in storage and can be processed like Prepolymers from others commonly used in polyurethane chemistry Polyols.
Die Umsetzung der Hydroxylgruppen enthaltenden Oligomeren mit den Isocyanaten erfolgt nach der üblichen Herstellungsweise für Isocyanatgruppen enthaltende Prepolymere. Dazu wird das Oligomere mit mindestens einer solchen Menge an Isocyanat zur Reaktion gebracht, die für einen vollständigen Umsatz der Hydroxylgruppen der Oligomere ausreichend ist. Die Umsetzung kann im Beisein von üblichen Urethanbildungskatalysatoren erfolgen. Hierzu wird zumeist die Isocyanatverbindung, gegebenenfalls im Beisein eines Katalysators, bei einer Temperatur von 40 bis 100°C, bevorzugt 50 bis 80°C, vorgelegt. Unter Rühren wird das Oligomergemisch zudosiert, anschließend lässt man das Reaktionsgemisch gegebenenfalls bis zum vollständigen Umsatz, zumeist bis zu 2 Stunden, bei 60 bis 140°C bevorzugt bei 80 bis 100°C nachreagieren.The Reaction of the hydroxyl group-containing oligomers with the isocyanates takes place according to the usual Manufacturing method for Prepolymers containing isocyanate groups. This is the oligomer reacted with at least such an amount of isocyanate, the for a complete Sales of the hydroxyl groups of the oligomers is sufficient. The implementation can be in the presence of usual Urethane formation catalysts take place. This is usually the isocyanate compound, optionally in the presence of a catalyst, at a temperature from 40 to 100 ° C, preferably 50 to 80 ° C, submitted. With stirring the oligomer mixture is metered in, then the reaction mixture is left if necessary, until complete Conversion, usually up to 2 hours, after-reacting at 60 to 140 ° C., preferably at 80 to 100 ° C.
Der NCO-Gehalt der Prepolymeren ist abhängig von der Molmasse der Oligomeren, dem verwendeten Überschuss an Isocyanat, der Reaktionszeit, der Verweilzeit, der Reaktionstemperatur und der verwendeten Katalysatoren.The NCO content of the prepolymers depends on the molar mass of the oligomers, the excess used of isocyanate, the reaction time, the residence time, the reaction temperature and the catalysts used.
Üblicherweise liegt der NCO-Gehalt der Prepolymere im Bereich zwischen 10 bis 30 Gew.-% bevorzugt 15 bis 25 Gew.-%.Usually the NCO content of the prepolymers is in the range between 10 to 30% by weight, preferably 15 to 25% by weight.
Die Oligomere des Formaldehyds können einzeln oder im Gemisch mit anderen Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen mit den Isocyanaten umgesetzt werden. Die Komponenten, die gemeinsam mit den Oligomeren des Formaldehyds mit Isocyanaten zu Prepolymeren umgesetzt werden können, sind insbesondere Alkohole. Je nach vorgesehener Verwendung der Prepolymere können unterschiedliche Alkohole in einer Menge von 0 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 60 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Summe der Oligomere des Formaldehyds und der anderen Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen eingesetzt werden.The Oligomers of formaldehyde can individually or in a mixture with other compounds with at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups with the isocyanates be implemented. The components that are shared with the oligomers of the formaldehyde can be reacted with isocyanates to form prepolymers can, are especially alcohols. Depending on the intended use of the Prepolymers can different alcohols in an amount of 0 to 90 wt .-%, preferred 0 to 60 wt .-%, each based on the sum of the oligomers of Formaldehyde and the other compounds with at least two Isocyanate reactive hydrogen atoms are used.
Für die meisten Anwendungen werden als zusätzliche Alkohole kurzkettige mehrfunktionelle Alkohole, Polyether- und/oder Polyesteralkohole, vorzugsweise Polyetheralkohole, eingesetzt. Als kurzkettige Alkohole werden zumeist zwei- oder mehrfunktionelle Alkohole mit einem Molekulargewicht im Bereich zwischen 62 und 400 g/mol, wie Ethlylenglykol, Propylenglykol und deren höhere Homologen oder Glycerin eingesetzt.For the most Applications are considered additional Alcohols short-chain multifunctional alcohols, polyether and / or Polyester alcohols, preferably polyether alcohols, are used. As short-chain alcohols mostly become bifunctional or multifunctional Alcohols with a molecular weight between 62 and 400 g / mol, such as ethylene glycol, propylene glycol and their higher homologues or glycerin used.
Als Polyetheralkohole und Polyesteralkohole können die für diesen Einsatzzweck üblichen, oben näher beschriebenen eingesetzt werden. Es ist auch möglich, die Polyetheralkohole, die durch Anlagerung von Alkylenoxiden an Oligomere der allgemeinen Formel (I) hergestellt wurden, gemeinsam mit den Oligomeren des Formaldehyds mit Isocyanaten umzusetzen.As Polyether alcohols and polyester alcohols can be the usual, closer up above described are used. It is also possible to use the polyether alcohols, by the addition of alkylene oxides to oligomers of the general Formula (I) were prepared together with the oligomers of Implement formaldehyde with isocyanates.
Als Isocyanate kommen für das erfindungsgemäße Verfahren alle Isocyanate mit zwei oder mehr Isocyanatgruppen im Molekül zum Einsatz. Dabei können sowohl aliphatische Isocyanate, wie Hexamethylendiisocyanat (HDI) oder Isophorondiisocyanat (IPDI), oder vorzugsweise aromatische Isocyanate, wie Toluylendiisocyanat (TDI), Diphenylmethandiisocyanat (MDI) oder Mischungen aus Diphenylmethandiisocyanat und Polymethylenpolyphenylenpolyisocyanaten (P-MDI), vorzugsweise TDI und MDI, verwendet werden. Es ist auch möglich, Isocyanate einzusetzen, die durch den Einbau von Uretdion-, Isocyanurat-, Allophanat-, Uretonimin- und anderen Gruppen modifiziert wurden. Diese Verbindungen werden häufig auch als modifizierte Isocyanate bezeichnet.As Isocyanates come for the inventive method all isocyanates with two or more isocyanate groups in the molecule are used. You can both aliphatic isocyanates, such as hexamethylene diisocyanate (HDI) or isophorone diisocyanate (IPDI), or preferably aromatic Isocyanates, such as tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI) or mixtures of diphenylmethane diisocyanate and polymethylene polyphenylene polyisocyanates (P-MDI), preferably TDI and MDI, can be used. It is also possible, To use isocyanates, which through the incorporation of uretdione, isocyanurate, Allophanate, uretonimine and other groups have been modified. These connections are common also called modified isocyanates.
Die so hergestellten Prepolymere können mit Verbindungen, die mindestens ein, vorzugsweise mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktive Wasserstoffatome im Molekül aufweisen, zu Polyurethanen verarbeitet werden. Je nach Art der verwendeten Polyole und Isocyanate können die Prepolymere zu Hartschaumstoffen, Weichschaumstoffen, Klebern, Coatings oder Elastomeren verarbeitet werden.The prepolymers produced in this way with compounds containing at least one, preferably at least two have hydrogen atoms reactive with isocyanate groups in the molecule, processed into polyurethanes. Depending on the type of used Polyols and isocyanates can the prepolymers for rigid foams, flexible foams, adhesives, Coatings or elastomers are processed.
Die Erfindung soll an den folgenden Beispielen näher erläutert werden.The The invention is illustrated by the following examples.
Beispiel 1example 1
Eine Formalinlösung mit einem Gehalt an Formaldehyd von 37 Gew.-% wurde mittels Dünnschichtverdampferapparatur bei 80°C Wandtemperatur und 120 mbar auf einen theoretischen Formaldehydgehalt von 73 Gew.-% eingedampft. Die Lösung wurde bei 80°C aufbewahrt und innerhalb einer Stunde weiterverarbeitet. 961 g dieser Lösung wurde in einem Technikumsautoklaven mit 38,4 g Dimethylcyclohexylamin versetzt und innerhalb von 6 Stunden 1010 g Propylenoxid bei 100°C zudosiert. Anschließend ließ man die Reaktionsmischung 2 Stunden bei derselben Temperatur nachreagieren. Danach wurden flüchtige Bestandteile im Vakuum entfernt. Das verbleibende flüssige Reaktionsprodukt hatte eine Hydroxylzahl von 685 mg KOH/g und einen Wassergehalt von 0,011 Gew.-%. Eine GPC Untersuchung zeigte oligomere Produkte mit einer Molmasse im Bereich von 100 – 500 g/mol. Mittels Untersuchungen durch eine Gaschromatographie und daran gekoppelter Massenspektroskopie (GC-MS) konnte gezeigt werden, dass sich Addukte aus 2 Molekülen Propylenoxid und 2 Molekülen Formaldehyd gebildet hatten.A formalin with a formaldehyde content of 37 wt .-% was by means of thin-film evaporator at 80 ° C Wall temperature and 120 mbar to a theoretical formaldehyde content evaporated from 73 wt .-%. The solution was at 80 ° C stored and processed within an hour. 961 g of this solution was in a pilot plant autoclave with 38.4 g of dimethylcyclohexylamine are added and 1010 g of propylene oxide are metered in at 100 ° C. in the course of 6 hours. Subsequently let one react the reaction mixture for 2 hours at the same temperature. After that, became volatile Components removed in vacuo. The remaining liquid reaction product had a hydroxyl number of 685 mg KOH / g and a water content of 0.011% by weight. A GPC investigation showed oligomeric products with a molecular weight in the range of 100-500 g / mol. By means of investigations by means of gas chromatography and coupled mass spectroscopy (GC-MS) showed that adducts consist of 2 molecules of propylene oxide and 2 molecules Formaldehyde.
Beispiel 2Example 2
Eine Formalinlösung mit einem Gehalt an Formaldehyd von 37 Gew.-% wurde mittels Dünnschichtverdampferapparatur bei 80°C Wandtemperatur und 120 mbar auf einen theoretischen Formaldehydgehalt von 73 Gew.-% eingedampft. Die Lösung wurde bei 80°C aufbewahrt und innerhalb einer Stunde weiterverarbeitet. 1110 g dieser Lösung wurde in einem Technikumsautoklaven mit 70 g Kaliumhydroxid versetzt und innerhalb von 9 h 1600 g Propylenoxid zudosiert. Das flüssige Reaktionsprodukt hatte eine Hydroxylzahl von 868 mg KOH/g und einen Wassergehalt von 0,014 Gew.-%. Eine Untersuchung mittels Gelpermeationschromographie zeigte oligomere Produkte mit der Molmasse im Bereich 100 – 500 g/mol. Mittels GC-MS konnte gezeigt werden, dass sich Addukte aus 2 Molekülen Propylenoxid und 2 Molekülen Formaldehyd gebildet hatten.A formalin with a formaldehyde content of 37 wt .-% was by means of thin-film evaporator at 80 ° C Wall temperature and 120 mbar to a theoretical formaldehyde content evaporated from 73 wt .-%. The solution was at 80 ° C stored and processed within an hour. 1110 g this solution 70 g of potassium hydroxide were added in a pilot plant autoclave and metered in 1600 g of propylene oxide within 9 h. The liquid reaction product had a hydroxyl number of 868 mg KOH / g and a water content of 0.014% by weight. An examination using gel permeation chromatography showed oligomeric products with a molecular weight in the range of 100 - 500 g / mol. GC-MS showed that adducts consist of 2 molecules of propylene oxide and 2 molecules Formaldehyde.
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