DE10357531A1 - Production of polyether alcohols, used for producing polyurethanes, e.g. rigid foam, involves adding all or part of polyethylene imine starter to reaction mixture during reaction with alkylene oxide - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyetheralkoholen durch Anlagerung von Alkylenoxiden an Polyethylenimine, die so hergestellten Polyetheralkohole, deren Verwendung zur Herstellung von Polyurethanen sowie die so hergestellten Polyurethane.object The invention relates to a process for the preparation of polyether alcohols by addition of alkylene oxides to polyethyleneimines prepared in this way Polyether alcohols, their use for the production of polyurethanes and the polyurethanes thus prepared.
Polyurethane 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. Als Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen werden vorzugsweise Polyalkohole, häufig auch als Polyole bezeichnet, insbesondere Polyetheralkohole und/oder Polyesteralkohole eingesetzt.Polyurethane have long been known and widely described in the literature. Their production usually takes place by reacting polyisocyanates with compounds having at least two hydrogen atoms reactive with isocyanate groups. As connections with at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms are preferably polyalcohols, often referred to as polyols, in particular polyether alcohols and / or polyester alcohols used.
Durch die gezielte Auswahl der Einsatzstoffe, und hierbei besonders der Polyole, können die Eigenschaften der Polyurethane gezielt beeinflusst werden.By the targeted selection of starting materials, and especially the Polyols, can the properties of the polyurethanes are specifically influenced.
Polyeteralkohole werden häufig durch Anlagerung von Alkylenoxiden an H-funktionelle Startsubstanzen hergestellt. Eine häufig eingesetzte Klasse von Startsubstanzen sind aliphatische und/oder aromatische Amine. Derartige Polyole zeichnen sich zumeist durch eine hohe Reaktivität aus. Nachteilig kann beim Einsatz derartiger Verbindungen sein, dass nicht alle Aminogruppen mit Alkylenoxiden umgesetzt sind. Das kann zu einer unerwünscht hohen Reaktivität der Polyole führen. Durch Verlängerung der Reaktionszeit oder die Anlagerung von mehr Alkylenoxid kann dieser Mangel teilweise behoben werden. Die genannten Möglichkeiten sind jedoch auch mit Nachteilen verbunden. Insbesondere bei Einsatz größerer Mengen von Alkylenoxiden kommt es häufig zu Produkten mit unerwünscht hohen Viskositäten.Polyeteralkohole become common by addition of alkylene oxides to H-functional starter substances produced. One often used class of starter substances are aliphatic and / or aromatic amines. Such polyols are usually characterized by a high reactivity out. A disadvantage can be the use of such compounds, that not all amino groups are reacted with alkylene oxides. The can be an undesirable high reactivity lead the polyols. By extension the reaction time or the addition of more alkylene oxide This deficiency can be partially corrected. The options mentioned are but also associated with disadvantages. Especially when using larger quantities Of alkylene oxides occur frequently to products with undesirable high viscosities.
Besonders
bei der Umsetzung von hochmolekularen Verbindungen mit Amino- oder
Iminogruppen, wie Polyethylenimine, machen sich diese Nachteile
deutlich bemerkbar. Die Verwendung von Polyethylenminen und deren
Umsetzungsprodukten mit Alkylenoxiden zur Herstellung von Polyurethanen
ist bekannt. So beschreibt
In
In
Polyethylenimine wären auf Grund ihrer hohen Funktionalität und der großen Zahl von Aminogruppen eine vorteilhafte Startsubstanz für die Herstellung von Polyetheralkoholen für den Einsatz in Polyurethan-Schaumstoffen. Derartige Polyetheralkohole würden autokatalytische Eigenschaften aufweisen und zu einer hohen Vernetzung der Schaumstoffe beitragen.polyethyleneimines would be up Reason for their high functionality and the big one Number of amino groups is an advantageous starting substance for the preparation of polyether alcohols for the use in polyurethane foams. Such polyether alcohols would have autocatalytic properties and high crosslinking the foams contribute.
In der Praxis stößt die Herstellung derartiger Polyetheralkohole jedoch auf beträchtliche Schwierigkeiten. So hat sich gezeigt, dass die Umsetzung der Polyethyleniminine mit den Alkylenoxiden sehr ungleichmäßig verläuft. Dies kann beispielsweise an der mangelnden Homogenisierung der Polyethylenimine im Reaktionsgemisch während der Umsetzung liegen. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems könnte beispielsweise der Einsatz von Co-Startern sein. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass die Eigenschaften der resultierenden Polyetheralkohole dann häufig von den Co-Startern bestimmt werden und die angestrebten Effekte des Einsatzes der Polyethylenimine als Starter für Polyetheralkohole nicht zum Tragen kommen.In The practice encounters the manufacture However, such polyether alcohols to considerable difficulties. So has been shown that the implementation of the Polyethyleniminine with the alkylene oxides run very unevenly. This may be due, for example, to the lack of homogenization of the polyethyleneimines in the reaction mixture during the implementation lie. A possibility to the solution this problem could for example, the use of co-starters. The disadvantage is Here, however, that the properties of the resulting polyether then often determined by the co-starters and the desired effects the use of polyethyleneimines as starters for polyether alcohols not zum Wear come.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zur Herstellung von Polyetheralkoholen zu entwickeln, bei dem Polyethylenimine als Startsubstanzen eingesetzt werden und das zu Polyetheralkoholen mit einem gleichmäßigen Aufbau und guten Verarbeitungseigenschaften führt.task The invention was a process for the preparation of polyether alcohols to develop, used in the polyethyleneimines as starter substances become and that to polyether alcohols with a uniform structure and good processing properties.
Die Aufgabe konnte überraschenderweise dadurch gelöst werden, dass man zumindest einen Teil der Polyethylenimine nicht, wie üblich, vor, sondern während der Umsetzung mit den Alkylenoxiden dem Reaktionsgemisch zudosiert.The Task could surprisingly solved by it that at least some of the polyethyleneimines are not as usual, before, but during the reaction with the alkylene oxides added to the reaction mixture.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren zur Herstellung von Polyetheralkoholen durch Umsetzung von Polyethylenminen mit Alkylenoxiden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder die gesamte Menge der Polyethylenimine während der Umsetzung mit den Alkylenoxiden dem Reaktionsgemisch zudosiert wird.object The invention accordingly provides a process for the preparation of polyether alcohols by reaction of polyethylene mines with alkylene oxides, thereby characterized in that a part or the entire amount of the polyethyleneimines while the reaction with the alkylene oxides is added to the reaction mixture.
Polyethylenimine im Sinne der vorliegenden Erfindung sind hochmolekulare Stickstoff-Kohlenwasserstoff-Verbindungen mit innenständigen Stickstoffatomen und Aminogruppen und mit endständigen Aminogruppen, insbesondere primären Aminogrup pen. Besonders geeignet für das erfindungsgemäße Verfahren sind flüssige Polyethylenimine mit einem mittleren Molgewicht Mw von 200 – 800 g/mol und einer Viskosität von 3000–5000 mPas bei 20°C nach DIN EN ISO 2555 Brookfield RTV 20°C . Ein Hersteller von Polyethyleniminen ist die BASF AG Ludwigshafen, die derartige Produkte unter der Produktbezeichnung Lupasol® vertreibt. Ein für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugte Produkt ist das Lupasol® R.Polyethyleneimines in the context of the present invention are high molecular weight nitrogen-hydrocarbon compounds having internal nitrogen atoms and amino groups and having terminal amino groups, in particular primary amino groups. Particularly suitable for the process according to the invention are liquid polyethyleneimines having an average molecular weight M w of 200-800 g / mol and a viscosity of 3000-5000 mPas at 20 ° C. according to DIN EN ISO 2555 Brookfield RTV 20 ° C. A manufacturer of polyethyleneimines is BASF AG Ludwigshafen, which sells such products under the product name Lupasol ® . A preferred process of the invention is the product of Lupasol ® R.
Die Formel (I) zeigt beispielhaft ein Polyethylenimin mit einem Molekulargewicht von 449 g/mol.The Formula (I) exemplifies a polyethyleneimine having a molecular weight of 449 g / mol.
Die Umsetzung der Polyethylenimine mit den Alkylenoxiden kann allein oder in Anwesenheit von anderen Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen, im folgenden auch als Co-Starter bezeichnet, durchgeführt werden. Bei den Co-Startern handelt es sich zumeist um Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen, die vorzugsweise bei Raumtemperatur flüssig sind. Insbesondere kommen Verbindungen mit mindestens zwei Hydroxylgruppen, mindestens einer primären Aminogruppe oder mindestens einer sekundären Aminogruppe und einer anderen Gruppe mit mindestens einem aktiven Wasserstoffatom oder mindestens einer Hydroxylgruppe und mindestens einer Aminogruppe zum Einsatz.The Reaction of the polyethyleneimines with the alkylene oxides alone or in the presence of other compounds having active hydrogen atoms, hereinafter also referred to as co-starter, are performed. The co-starters are mostly connections with at least two active hydrogen atoms, preferably at Room temperature liquid are. In particular, compounds having at least two hydroxyl groups, at least one primary Amino group or at least one secondary amino group and another Group having at least one active hydrogen atom or at least one Hydroxyl group and at least one amino group used.
Beispiele für Co-Starter sind Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, sowie deren Derivate, Anilin, Toluylendiamin (TDA), Diphenylmethandiamin (MDA), Ethylenglykol und dessen höhere Homologe, Propylenglykol und dessen höhere Homologe, Glycerin, Trimethylolpropan, Zuckeralkohole wie Saccharose oder Sorbit, deren Umsetzungsprodukte mit Alkylenoxiden sowie Mischungen aus mindestens zwei der genannten Verbindungen. Wie oben erwähnt, sollten die Co-Starter wegen der besseren Handhabbarkeit bei Raumtemperatur flüssig sein. Dies kann bei festen Co-Startern, wie den Zuckern, dadurch erreicht werden, dass man sie mit flüssigen Verbindungen mischt. Wenn Co-Starter eingesetzt werden, erfolgt ihr Einsatz in einem Gewichtsverhältnis, bezogen auf das Gewicht der Polyethylenimine, von 1:10 bis 10:1.Examples for co-starters are ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, as well as their derivatives, aniline, toluenediamine (TDA), diphenylmethanediamine (MDA), ethylene glycol and its higher homologues, propylene glycol and its higher Homologs, glycerol, trimethylolpropane, sugar alcohols such as sucrose or Sorbitol, their reaction products with alkylene oxides and mixtures from at least two of said compounds. As mentioned above, should the co-starters for better handling at room temperature liquid be. This can be done with solid co-starters, such as the sugars be achieved by mixing them with liquid compounds. When co-starters are used, they are used in one Weight ratio, based on the weight of the polyethyleneimines, from 1:10 to 10: 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nach verschiedenen Ausführungsformen durchgeführt werden. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die gesamte Menge der Polyethylenimine während der Umsetzung mit den Alkylenoxiden dem Reaktionsgemisch zugesetzt. Um die Reaktion zu starten, wird zunächst der Co-Starter mit Alkylenoxiden zur Reaktion gebracht und in dieses Reaktionsgemisch die gesamte Menge an Polyethylenimin sowie weiteres Alkylenoxid zudosiert.The inventive method can according to different embodiments carried out become. In one embodiment of the process, the total amount of polyethyleneimines during the Reaction with the alkylene oxides added to the reaction mixture. To start the reaction, first the co-starter with alkylene oxides reacted and in this reaction mixture the whole Amount of polyethyleneimine and further alkylene oxide added.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nur ein Teil der eingesetzten Menge an Polyethylenimin während der Umsetzung mit den Alkylenoxiden dem Reaktionsgemisch zugesetzt. Hierbei wird zunächst ein Teil des Polyethylenimins, gegebenenfalls in Anwesenheit mindestens eines Co-Starters, vorgelegt und mit den Alkylenoxiden zur Reaktion gebracht. Zu dieser reagierenden Mischung wird die Restmenge des Polyethylenimins sowie weiteres Alkylenoxid zudosiert.In another embodiment of the process according to the invention, only part of the amount of polyethyleneimine used is added to the reaction mixture during the reaction with the alkylene oxides puts. In this case, initially a part of the polyethyleneimine, if appropriate in the presence of at least one co-initiator, is initially charged and reacted with the alkylene oxides. To this reacting mixture, the residual amount of the polyethyleneimine and further alkylene oxide is added.
Die Dosierung des Polyethylenimins zur Reaktionsmischung kann kontinuierlich oder portionsweise erfolgen. Bei der kontinuierlichen Zugabe wird über die gesamte Zeit der Dosierung Polyethylenimin zugegeben. Diese Zugabe kann über die gesamte Zeit der Dosierung der Alkylenoxide oder mindestens über einen Teil der Zeit der Dosierung der Alkylenoxide erfolgen. Bei der stufenweisen Dosierung des Polyethylenimins wird ein- oder mehrmals eine bestimmte Menge des Polyethylenimins zu der Reaktionsmischung gegeben. Dabei kann die Zugabe kontinuierlich oder in Portionen erfolgen. Prinzipiell ist es auch möglich, Polyethylenimin nach Abschluss der Dosierung der Alkylenoxide während der Zeit, in der noch freies Alkylenoxid im Reaktor vorhanden ist, zu dosieren. Diese Variante ist jedoch nicht bevorzugt, da hier nicht sicher ist, dass die gesamte Menge des Polyethylenimins abreagieren kann.The Dosage of the polyethyleneimine to the reaction mixture can be continuous or in portions. In the continuous addition is over the total time of the dosage polyethyleneimine added. This addition can over the entire time of metering of the alkylene oxides or at least a part the time of dosing the alkylene oxides take place. At the gradual Dosage of the polyethyleneimine is one or more times a certain Amount of the polyethyleneimine added to the reaction mixture. there the addition can be made continuously or in portions. in principle it is also possible Polyethyleneimine after completion of the metered addition of the alkylene oxides during the Time in which free alkylene oxide is still present in the reactor, too dosing. However, this variant is not preferred because not here It is certain that the entire amount of polyethyleneimine will react can.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird üblicherweise in Anwesenheit von Alkoxylierungskatalysatoren durchgeführt. Hierbei kommen vorzugsweise basische Katalysatoren, wie Amine, basische Salze und insbesondere Hydroxide von Alkalimetallen und/oder Erdalkalimetallen, besonders bevorzugt Kaliumhydroxid, zum Einsatz. Der Katalysator wird üblicherweise zu Beginn der Umsetzung dem Startgemisch zugesetzt. Falls erforderlich, kann im Verlaufe des Verfahrens weiterer Katalysator zugesetzt werden.The inventive method becomes common carried out in the presence of alkoxylation catalysts. in this connection preferably basic catalysts, such as amines, basic Salts and in particular hydroxides of alkali metals and / or alkaline earth metals, particularly preferably potassium hydroxide used. The catalyst becomes common added to the starting mixture at the beginning of the reaction. If necessary, can be added during the process further catalyst.
Wenn ein Teil des Polyethylenimins vorgelegt wird, ist es vorteilhaft, mindestens 10 Gew.-% und höchstens 60 Gew.-% der Gesamtmenge der Polyethylenimine vorzulegen und kontinuierlich oder stufenweise soviel Polyethylenimin zuzugeben, wie jeweils abreagieren kann. Die Gew.-% beziehen sich auf die Gesamtmenge von Polyethylenimin und Co-Starter.If a part of the polyethyleneimine is presented, it is advantageous at least 10% by weight and at most 60 wt .-% of the total amount of polyethyleneimines and continuously or gradually add as much polyethyleneimine as reacting respectively can. The weight percent refers to the total amount of polyethyleneimine and co-starters.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Dosierung der Polyethylenimine während der Alkylenoxiddosierung 40 bis 60 Gew.-% der eingesetzten Polyethylenimine in einer ersten Stufe und die übrige Menge in einer zweiten Stufe zugesetzt.In a preferred embodiment the method according to the invention be in the dosage of polyethyleneimines during the Alkylenoxiddosierung 40 to 60 wt .-% of the polyethyleneimines used in a first Stage and the rest Quantity added in a second stage.
Prinzipiell ist es möglich, auch den Co-Starter ganz oder teilweise zu der Reaktionsmischung zu dosieren. Diese Variante ist allerdings nicht bevorzugt.in principle Is it possible, also the co-starter in whole or in part to the reaction mixture to dose. This variant is not preferred.
Als Alkylenoxide kommen insbesondere niedere Alkylenoxide, vorzugsweise Ethylenoxid, Propylenoxid und/oder Butylenoxid, besonders bevorzugt Ethylenoxid und/oder Propylenoxid zum Einsatz.When Alkylene oxides are in particular lower alkylene oxides, preferably Ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide, particularly preferred Ethylene oxide and / or propylene oxide are used.
Die Umsetzung der Startsubstanz mit den Alkylenoxiden wird 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.The Implementation of the starting substance with the alkylene oxides is the usual for this To press in the range between 0.1 and 1.0 MPa and the usual temperatures in the range between 80 and 140 ° C carried out. The dosing of the alkylene oxides is usually followed by a post-reaction phase to completely react the alkylene oxides.
Nach der Anlagerung der Alkylenoxide und der Nachreaktionsphase werden die Polyetheralkohole, sofern erforderlich, vom Katalysator befreit.To the addition of the alkylene oxides and the post-reaction phase the polyether, if necessary, freed from the catalyst.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyetheralkohole haben vorzugsweise eine Funktionalität im Bereich von > 3 und eine Hydroxylzahl von > 200 mg KOH/g.The according to the inventive method Polyether alcohols prepared preferably have a functionality in the range of> 3 and a hydroxyl number of> 200 mg KOH / g.
Die nach dem erfindungsemäßen Verfahren hergestellten Polyetheralkohole können allein, vorzugsweise jedoch in Kombination mit anderen Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen zu Polyurethanen umgesetzt werden.The according to the inventive method Polyether alcohols prepared alone, but preferably in combination with other compounds with at least two with Isocyanate-reactive hydrogen atoms converted to polyurethanes become.
Als Verbindung mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen, die zusammen mit den erfindungsgemäßen Polyetheralkoholen eingesetzt werden können, kommen insbesondere Polyesteralkohole und vorzugsweise Polyetheralkohole mit einer Funktionalität von 2 bis 8, insbesondere von 2 bis 6, vorzugsweise von 2 bis 4 und einem mittleren Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 10000 g/mol, vorzugsweise 1000 bis 8000 g/mol, in Betracht. Der Gehalt der erfindungsgemäßen Polyetheralkohole in den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0.1 und 20 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0.5 und 10 Gew.-% bezogen auf das Gewicht aller Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen.When Compound having at least two active hydrogen atoms together with the polyether alcohols according to the invention can be used in particular polyester alcohols and preferably polyether alcohols with a functionality from 2 to 8, in particular from 2 to 6, preferably from 2 to 4 and an average molecular weight in the range of 400 to 10,000 g / mol, preferably from 1000 to 8000 g / mol, into consideration. The salary the polyether alcohols of the invention in the compounds having at least two isocyanate-reactive Hydrogen atoms are preferably in the range between 0.1 and 20 wt .-%, more preferably between 0.5 and 10 wt .-% based on the weight of all compounds containing at least two isocyanate groups reactive hydrogen atoms.
Die in Kombination mit den erfindungsgemäßen Polyetheralkoholen eingesetzten Polyetheralkohole können nach bekannten Verfahren, zumeist durch katalytische Anlagerung von Alkylenoxiden, insbesondere Ethylenoxid und/oder Propylenoxid, an H-funktionelle Startsubstanzen, oder durch Kondensation von Tetrahydrofuran, hergestellt werden. Als H-funktionelle Startsubstanzen kommen insbesondere mehrfunktionelle Alkohole und/oder Amine zum Einsatz. Bevorzugt eingesetzt werden Wasser, zweiwertige Alkohole, beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, oder Butandiole, dreiwertige Alkohole, beispielsweise Glycerin oder Trimethylolpropan, sowie höherwertige Alkohole, wie Pentaerythrit, Zuckeralkohole, beispielsweise Sucrose, Glucose oder Sorbit. Bevorzugt eingesetzte Amine sind aliphatische Amine mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Ethylendiamin, Diethylentriamin, Propylendiamin, sowie Aminoalkohole, wie Ethanolamin oder Diethanolamin. Als Alkylenoxide werden vorzugsweise Ethylenoxid und/oder Propylenoxid eingesetzt, wobei bei Polyetheralkoholen, die für die Herstellung von Polyurethan-Weichschäumen verwendet werden, häufig am Kettenende ein Ethylenoxidblock angelagert wird. Als Katalysatoren bei der Anlagerung der Alkylenoxide kommen insbesondere basische Verbindungen zum Einsatz, wobei hier das Kaliumhydroxid die größte technische Bedeutung hat. Wenn der Gehalt an ungesättigten Bestandteilen in den Polyetheralkoholen gering sein soll, können als Katalysatoren auch Multimetallcyanidverbindungen, sogenannte DMC-Katalysatoren, eingesetzt werden.The polyether alcohols used in combination with the polyether alcohols according to the invention can be prepared by known methods, usually by catalytic addition of alkylene oxides, in particular ethylene oxide and / or propylene oxide, to H-functional starter substances, or by condensation of tetrahydrofuran. In particular, polyhydric alcohols and / or amines are used as H-functional starter substances. Preference is given to using water, dihydric alcohols, for example ethylene glycol, propylene glycol or butanediols, trihydric alcohols, for example glycerol or trimethylolpropane, and also higher-value alcohols, such as pentaerythritol, sugar alcohols, for example sucrose, glucose or sorbitol. Preferably used amines are aliphatic amines having up to 10 carbon atoms, for example, ethylenediamine, diethylenetriamine, propylenediamine, and amino alcohols, such as ethanolamine or diethanolamine. As alkylene oxides, preference is given to using ethylene oxide and / or propylene oxide, with polyether alcohols which are used for the production of flexible polyurethane foams frequently being attached to the chain end by an ethylene oxide block. As catalysts in the addition of the alkylene oxides in particular basic compounds are used, in which case the potassium hydroxide has the greatest technical importance. If the content of unsaturated constituents in the polyether alcohols should be low, multimetal cyanide compounds, so-called DMC catalysts, can also be used as catalysts.
Für bestimmte Einsatzgebiete, insbesondere zur Erhöhung der Härte in Polyurethan-Weichschaumstoffen, können auch sogenannte polymermodifizierte Polyole verwendet werden. Derartige Polyole können beispielsweise durch in-situ Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, vorzugsweise Styrol und/oder Acrylnitril, in Polyetheralkoholen hergestellt werden. Zu den polymermodifizierten Polyetheralkoholen gehören auch Polyharnstoffdispersionen enthaltende Polyetheralkohole, die vorzugsweise durch Umsetzung von Aminen mit Isocyanaten in Polyolen hergestellt werden.For certain Fields of application, in particular for increasing the hardness in polyurethane flexible foams, can also so-called polymer-modified polyols can be used. such For example, polyols can be used by in situ polymerization of ethylenically unsaturated Monomers, preferably styrene and / or acrylonitrile, in polyether alcohols getting produced. The polymer-modified polyether alcohols also include Polyurea dispersions containing polyether alcohols, preferably by reaction of amines with isocyanates in polyols become.
Zur Herstellung von Weichschäumen und Integralschäumen werden insbesondere zwei- und/oder dreifunktionelle Polyetheralkohole eingesetzt. Zur Herstellung von Hartschäumen werden insbesondere Polyetheralkohole eingesetzt, die durch Anlagerung von Alkylenoxiden an vier- oder höherfunktionelle Starter, wie Zuckeralkohole oder aromatische Amine hergestellt werden.to Production of flexible foams and integral foams in particular, difunctional and / or trifunctional polyether alcohols used. For the production of rigid foams in particular polyether alcohols used by addition of alkylene oxides to four or higher functionality Starters, such as sugar alcohols or aromatic amines are produced.
Zu den Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen gehören auch die Kettenverlängerungs- und Vernetzungsmittel, die gegebenenfalls mitverwendet werden können. Als Kettenverlängerungs- und Vernetzungsmittel werden vorzugsweise 2- und 3-funktionelle Alkohole mit Molekulargewichten unter 400 g/mol, insbesondere im Bereich von 60 bis 150 g/mol, verwendet. Beispiele sind Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Butandiol-1,4, Glycerin oder Trimethylolpropan. Als Vernetzungsmittel können auch Diamine eingesetzt werden. Falls Kettenverlängerungs- und Vernetzungsmittel eingesetzt werden, beträgt deren Menge vorzugsweise bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen.To The compounds having at least two active hydrogen atoms also belong the chain extension and crosslinking agents which may optionally be included. When chain extenders and crosslinking agents will preferably be 2- and 3-functional Alcohols with molecular weights below 400 g / mol, in particular in Range of 60 to 150 g / mol, used. Examples are ethylene glycol, Propylene glycol, diethylene glycol, 1,4-butanediol, glycerol or trimethylolpropane. As crosslinking agents can also diamines are used. If chain extenders and crosslinkers be used is their amount preferably up to 5 wt .-%, based on the weight the compounds having at least two active hydrogen atoms.
Als Polyisocyanate können die üblichen und bekannten aromatischen Di- und Polyisocyanate einzeln oder in beliebigen Gemischen untereinander eingesetzt werden. Beispiele für aromatische Di- oder Polyisocyanate sind 2,4-Toluylendiisocyanat (2,4-TDI), 2,6-Toluylendiisocyanat (2,6-TDI), 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat (2,4'-MDI), 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (4,4'-MDI), Polyphenylpolymethylenpolyisocyanate, wie sie durch Kondensation von Anilin und Formaldehyd und anschliessende Phosgenierung hergestellt werden (Polymer-MDI), p-Phenylendiisocyanat, Toluidindiisocyanat, Xylylendiisocyanat oder 1,5-Naphthylendiisocyanat (NDI).When Polyisocyanates can the usual and known aromatic di- and polyisocyanates individually or in any mixtures are used with each other. Examples for aromatic Di- or polyisocyanates are 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 2,6-tolylene diisocyanate (2,6-TDI), 2,4'-diphenylmethane diisocyanate (2,4'-MDI), 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (4,4'-MDI), polyphenyl polymethylene polyisocyanates, as obtained by condensation of aniline and formaldehyde and subsequent Phosgenation (polymer-MDI), p-phenylene diisocyanate, Toluidine diisocyanate, xylylene diisocyanate or 1,5-naphthylene diisocyanate (NDI).
Vorzugsweise werden gemeinsam mit oder an Stelle von diesen monomeren Isocyanaten oder deren Gemischen daraus hergestellte Oligo- oder Polyisocyanate, sogenannte Prepolymere, insbesondere auf Basis von TDI und MDI, eingesetzt. Diese Oligo- oder Polyisocyanate lassen sich aus den genannten Di- oder Polyisocyanaten oder deren Mischungen und gegebenenfalls Mono- oder Polyalkoholen durch Verknüpfung mittels Urethan-, Allophanat-, Harnstoff-, Biuret-, Uretdion-, Amid-, Isocyanurat-, Carbodiimid-, Uretonimin-, Oxadiazintrion- oder Iminooxadiazindion-Strukturen herstellen. Vorzugsweise werden hier Urethan-, Allophanat-, Carbodiimid-, Uretonimin-, Biuret- oder Isocyanuratgruppen aufweisende Polymere aus TDI oder MDI sowie gegebenenfalls Mono- oder Polyalkohole verwendet.Preferably together with or in place of these monomeric isocyanates or mixtures of these prepared oligo- or polyisocyanates, so-called prepolymers, in particular based on TDI and MDI, used. These oligo- or polyisocyanates can be from the mentioned di- or polyisocyanates or mixtures thereof and optionally Mono- or polyalcohols by linking by means of urethane, allophanate, Urea, biuret, uretdione, amide, isocyanurate, carbodiimide, Uretonimine, oxadiazinetrione or iminooxadiazinedione structures produce. Preferably urethane, allophanate, carbodiimide, Uretonimine, biuret or isocyanurate group-containing polymers from TDI or MDI and optionally mono- or polyalcohols used.
Zur
Herstellung der Polyurethane können
weitere Einsatzstoffe, insbesondere Katalysatoren, Treibmittel sowie
Hilfs- und/oder Zusatzstoffe mitverwendet werden, zu denen im einzelnen
folgendes zu sagen ist:
Als Katalysatoren für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethan-Schaumstoffe
können
die üblichen und
bekannten Polyurethanbildungskatalysatoren eingesetzt werden, beispielsweise
organische Zinnverbindungen, wie Zinndiacetat, Zinndioctoat, Dialkylzinndilaurat,
und/oder stark basische Amine wie Triethylamin, Pentamethyldiethylentriamin,
Tetramethyldiaminoethylether, Imidazole oder vorzugsweise Triethylendiamin. Die
Katalysatoren werden vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5
Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 2 Gew.-%, eingesetzt.For the preparation of the polyurethanes, further starting materials, in particular catalysts, blowing agents and auxiliaries and / or additives may be used, to which the following is to be said in detail:
As catalysts for the preparation of the polyurethane foams according to the invention, the customary and known polyurethane-forming catalysts can be used, for example organic tin compounds such as tin diacetate, tin dioctoate, dialkyltin dilaurate, and / or strongly basic amines such as triethylamine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethyldiaminoethyl ether, imidazoles or preferably triethylenediamine. The catalysts are preferably used in an amount of 0.01 to 5 wt .-%, preferably 0.05 to 2 wt .-%.
Als Treibmittel zur Herstellung der Polyurethan-Schaumstoffe wird bevorzugt Wasser eingesetzt, das mit den Isocyanatgruppen unter Freisetzung von Kohlendioxid reagiert. Gemeinsam mit oder an Stelle von Wasser können auch physikalisch wirkende Treibmittel, beispielsweise Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe, wie n-, iso- oder Cyclopentan, Cyclohexan oder halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrafluorethan, Pentafluorpropan, Heptafluorpropan, Pentafluorbutan, Hexafluorbutan oder Dichlormonofluorethan, eingesetzt werden. Die Menge des physikalischen Treibmittels liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 15 Gew.-%, insbesondere 1 und 10 Gew.-%, die Menge an Wasser vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 10 Gew.-%, insbesondere 1 und 5 Gew.-%.When Propellant for the production of polyurethane foams is preferred Water is used, with release of the isocyanate groups reacted by carbon dioxide. Together with or in place of water can also physically acting blowing agents, for example carbon dioxide, Hydrocarbons, such as n-, iso- or cyclopentane, cyclohexane or halogenated hydrocarbons, such as tetrafluoroethane, pentafluoropropane, Heptafluoropropane, pentafluorobutane, hexafluorobutane or dichloromonofluoroethane become. The amount of the physical blowing agent is preferably in the range between 1 and 15% by weight, in particular 1 and 10% by weight, the amount of water preferably in the range between 0.5 and 10 Wt .-%, in particular 1 and 5 wt .-%.
Als Hilfsmittel und/oder Zusatzstoffe werden beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Schaumstabilisatoren, Zellregler, äußere und innere Trennmittel, Füllstoffe, Flammschutzmittel, Pigmente, Hydrolyseschutzmittel sowie fungistatisch und bakteristatisch wirkende Substanzen eingesetzt.When Auxiliaries and / or additives are, for example, surface-active Substances, foam stabilizers, cell regulators, external and internal release agents, fillers, Flame retardants, pigments, hydrolysis and fungistatic and bactericidal substances used.
Bei der technischen Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen ist es üblich, die Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen und die weiteren Einsatzstoffe sowie Hilfs- und/oder Zusatzstoffe vor der Umsetzung zu einer sogenannten Polyolkomponente zu vereinigen.at In the technical production of polyurethane foams it is customary to Compounds having at least two active hydrogen atoms and the other starting materials and auxiliaries and / or additives before Implementation to combine a so-called polyol component.
Weitere Angaben über die verwendeten Ausgangsstoffe finden sich beispielsweise im Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane, herausgegeben von Günter Oertel, Carl-Hanser-Verlag, München, 3. Auflage 1993.Further Information about the starting materials used are found, for example, in the Kunststoffhandbuch, Volume 7, Polyurethane, edited by Günter Oertel, Carl-Hanser-Verlag, Munich, 3. Edition 1993.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethane werden die organischen Polyisocyanate mit den Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen sowie die genannten Treibmittel, Katalysatoren und Hilfs- und/oder Zusatzstoffe (Polyolkomponente) zur Reaktion gebracht.to Preparation of the polyurethanes of the invention are the organic polyisocyanates with the compounds with at least two active hydrogen atoms and the aforementioned blowing agents, Catalysts and auxiliaries and / or additives (polyol component) reacted.
Bei der Herstellung der Polyurethane werden Isocyanat- und Polyolkomponente in einer solchen Menge zusammengebracht, dass das Äquivalenzverhältnis von Isocyanatgruppen zur Summe der aktiven Wasserstoffatome 0,6 : 1 bis 1 : 1,4, vorzugsweise 0,7 : 1 bis 1 :1,20 beträgt.at The preparation of the polyurethanes are isocyanate and polyol component brought together in such an amount that the equivalence ratio of Isocyanate groups to the sum of the active hydrogen atoms 0.6: 1 to 1: 1.4, preferably 0.7: 1 to 1: 1.20.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyetheralkohole weisen eine gute Verträglichkeit mit den übrigen zur Herstellung von Polyurethanen eingesetzten Ausgangsstoffe auf. Wegen ihrer hohen Funktionalität führen sie zu einer optimalen Vernetzung der Polyurethane.The according to the inventive method produced polyether alcohols have good compatibility with the rest for the production of polyurethanes used starting materials. Because of their high functionality to lead they lead to an optimal crosslinking of the polyurethanes.
Die Erfindung soll an den nachfolgenden Beispielen näher erläutert werden.The Invention will be explained in more detail in the following examples.
Beispiel 1example 1
In einen 1,5 l Stahlautoklaven mit angeschlossenem Thermostat zum Heizen und Kühlen, einem Rührer mit Rührwerk und einer angeschlossenen Dosierpumpe zur Dosierung der Alkylenoxide wurden 193 g Polyethylenimin Lupasol® R, 57 g Glycerin und 27 g festes Kaliumhydroxid gefüllt, mit Stickstoff inertisiert und unter Rühren auf 125°C erwärmt. Bei Erreichen dieser Temperaturen wurden nacheinander unter Rühren des Reaktionsgemisches erst 200 g Ethylenoxid und anschließend ohne Reaktionsunterbrechung 300 g Propylenoxid innerhalb 2,5 Stunden eindosiert. Nach einer kurzen Abreaktionsphase und einer Kühlung auf 60°C wurden in das Reaktionsgemisch weitere 83g Lupasol® R gefüllt. Nach einer Stickstoffspülung und einem Hochheizen auf 130°C wurden bis zu einem Druck von 3 bar bei dieser Temperatur 333 g Propylenoxid nacheinander innerhalb von 3 Stunden dosiert. Nach einer 1,5 ständigen Nachreaktionszeit bei 120°C wurde der Rohpolyether abgefüllt und bei 80°C nach Zusatz von Wasser und Phosphorsäure neutralisiert. Danach wurden bei 110°C und einem Vakuum 15 mbar destillativ Wasser und andere flüchtige Verbindungen entfernt und über ein Cellulosefilter die Salze abgetrennt. Der Fertigpolyether hatte eine Hydroxylzahl von 420 mg KOH/g, eine Viskosität bei 25°C von 6700 mPas, einen Wassergehalt von 0,08 %, eine Säurezahl von 0,03 mg KOH/g und einen pH-Wert von 8,3 und konnte zur Herstellung von hochvernetzten, thermostabilen PUR-Hartschäumen eingesetzt werden.In a 1.5 l steel autoclave with attached thermostat for heating and cooling, an agitator with an agitator and a dosing pump connected to the metering of the alkylene 193 g polyethyleneimine Lupasol ® R, 57 g of glycerol and 27 g of solid potassium hydroxide were charged, rendered inert with nitrogen and Stirring heated to 125 ° C. When these temperatures were reached, 200 g of ethylene oxide were metered in successively with stirring of the reaction mixture and then 300 g of propylene oxide were added without reaction interruption within 2.5 hours. After a short reaction phase and cooling to 60 ° C for an additional 83g of Lupasol ® R were introduced into the reaction mixture. After a nitrogen purge and heating to 130 ° C., 333 g of propylene oxide were metered in succession over a period of 3 hours up to a pressure of 3 bar at this temperature. After a 1.5 continuous reaction time at 120 ° C, the crude polyether was filled and neutralized at 80 ° C after addition of water and phosphoric acid. Thereafter, water and other volatile compounds were removed by distillation at 110 ° C. and a vacuum of 15 mbar and the salts were separated off via a cellulose filter. The finished polyether had a hydroxyl number of 420 mg KOH / g, a viscosity at 25 ° C of 6700 mPas, a water content of 0.08%, an acid value of 0.03 mg KOH / g and a pH of 8.3 and could be used for the production of highly crosslinked, thermostable rigid polyurethane foams.
Claims (11)
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DE10357531A DE10357531A1 (en) | 2003-12-08 | 2003-12-08 | Production of polyether alcohols, used for producing polyurethanes, e.g. rigid foam, involves adding all or part of polyethylene imine starter to reaction mixture during reaction with alkylene oxide |
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DE10357531A DE10357531A1 (en) | 2003-12-08 | 2003-12-08 | Production of polyether alcohols, used for producing polyurethanes, e.g. rigid foam, involves adding all or part of polyethylene imine starter to reaction mixture during reaction with alkylene oxide |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1889864A1 (en) * | 2006-08-18 | 2008-02-20 | Clariant International Ltd. | Method for manufacturing ethers of polyoxylalkylenglykol using alcoxylated oligo- or polyethylenimines as demulsifiers |
CN113754878A (en) * | 2021-09-10 | 2021-12-07 | 山东一诺威新材料有限公司 | Method for synthesizing polyphenyl amino polyether polyol |
-
2003
- 2003-12-08 DE DE10357531A patent/DE10357531A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1889864A1 (en) * | 2006-08-18 | 2008-02-20 | Clariant International Ltd. | Method for manufacturing ethers of polyoxylalkylenglykol using alcoxylated oligo- or polyethylenimines as demulsifiers |
CN113754878A (en) * | 2021-09-10 | 2021-12-07 | 山东一诺威新材料有限公司 | Method for synthesizing polyphenyl amino polyether polyol |
CN113754878B (en) * | 2021-09-10 | 2024-04-12 | 山东一诺威新材料有限公司 | Synthesis method of polyaniline-based polyether polyol |
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8141 | Disposal/no request for examination |