DE1120130B

DE1120130B - Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen aufweisenden Schaumstoffen

Info

Publication number: DE1120130B
Application number: DEM46411A
Authority: DE
Inventors: Edgar E Hardy
Original assignee: Mobay Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1959-09-03
Filing date: 1960-08-30
Publication date: 1961-12-21
Also published as: US3085983A

Description

von Urethangruppen aufweisenden

Schaumstoffen

Anmelder:

Mobay Chemical Company, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: H. Knoblauch, Rechtsanwalt, Leverkusen-Bayerwerk

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. September 1959 (Nr. 837 884)

Edgar E. Hardy, Long Meadow, Mass. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Urethangruppen enthaltende Schaumstoffe aus linearen und/oder verzweigten, Hydroxylgruppen enthaltenden Polyäthern, Polyisocyanaten und Wasser
sind bekannt, wobei die Komponenten entweder in
einem Einstufenverfahren zusammengegeben werden 5
oder jedoch zunächst aus einem Polyäther mit einem
Überschuß an Diisocyanat ein Voraddukt hergestellt
wird und dieses dann mit Wasser verschäumt wird. Bei
letzterem Verfahren hat man in der Verschäumungsstufe bereits Silikonöle zur Regulierung der Poren- 10
struktur zugesetzt. Man verwendet dazu lineare PoIydimethylsiloxane. Der Einsatz dieser Polydimethylsiloxane hat den Nachteil, daß nur ein ganz schmaler
Konzentrationsbereich an Silikonöl den beabsichtigten
stabilisierenden Effekt auf die Verschäumungsreaktion 15
ausübt. Dieser liegt zwischen 0,4 und 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtreaktionsgemisch. Da
bei großtechnischer Serienfabrikation dieser enge
Bereich leicht unter- oder überschritten wird, was zu
einer nachteiligen Beeinflussung der mechanischen 20
Eigenschaften des resultierenden Schaumstoffes führt,
ist dieser enge Variationsbereich ein Unsicherheitsfaktor in der großtechnischen Herstellung von Schaum- 2 stoffen, der häufig zu Fehlpartien Anlaß gibt.

Es ist bereits bekannt, bei der Herstellung von 25 Alkylenoxyden, wie Äthylenoxyd, Propylenoxyd, und Polyurethan-Schaumstoffen nach dem Zweistufen- den Butylenoxyden ebenso wie die Additionsprodukte verfahren Zellulosederivate zuzusetzen. Es zeigte sich dieser Oxyde an Wasser, zwei- oder_ mehrwertige jedoch, daß die erhaltenen Schaumstoffe eine unruhige Alkohole, Phenole oder Amine, wie Äthylenglykol, Schaumstruktur haben und eine ausreichende Repro- 1,3-Propylenglykol, 1,4-Butandiol, Trimethylolpropan, duzierbarkeit bei großtechnischer Produktion nicht 30 Glycerin, 1,3,6-Hexantriol, Pentaerythrit oder gewährleistet ist, d. h., es brechen immer wieder einige N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin. Schaumblöcke zusammen. Derartige Polyäther sind beispielsweise beschrieben

Es ist ferner bekannt, schrumpf- und kochfeste harte in »Encyclopedia of Chemical Technology«, Bd. 7, Schaumstoffe in Gegenwart von Vinylmischpolymeri- S. 257 bis 262, herausgegeben von Interscience säten herzustellen. Dieses Verfahren eignet sich jedoch 35 Publishers Inc., 1951, oder in der USA.-Patentweniger zur Herstellung von Schaumstoffen auf Poly- schrift 1 922 459.

ätherbasis nach dem Zweistufenverfahren. Die angeführten Polyäther können für das vor-

Es wurde nun gefunden, daß man diesen Nachteil liegende Verfahren in beliebiger Weise gemischt vermeiden kann, wenn bei der Herstellung von Schaum- werden. Sie sollen ein Molekulargewicht von mehr Stoffen durch Umsetzung von aus Hydroxylgruppen 40 als 500, vorzugsweise im Bereich von 1000 bis 5000, enthaltenden linearen oder verzweigten Polyäthern und und eine OH-Zahl von etwa 25 bis 225, vorzugsweise einem Überschuß an Polyisocyanaten erhaltenen von 50 bis 150, aufweisen.

Umsetzungsprodukten mit Wasser in Gegenwart von Als Polyisocyanate können beim erfindungsgemäßen

schaumstabilisierenden Mengen an hochmolekularen Verfahren beliebige aliphatische, araliphatische oder Stoffen als hochmolekulare Stoffe Polyacryl- bzw. 45 aromatische mehrwertige Isocyanate, wie z. B. Polymethacrylsäurealkylester verwendet werden, in Phenylendiisocyanat, ρ,ρ'-Diphenylmethandiisocyanat welchen mindestens ein Teil der Alkylestergruppen Toluylendiisocyanat, und insbesondere das Isomeren-4 bis 8 Kohlenstoffatome aufweist. gemisch von 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat, Hexa-

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- methylendiisocyanat und andere Polyisocyanate, wie fahrens eignen sich sowohl lineare als auch verzweigte 50 sie die USA.-Patentschrift 2 764 565 beschreibt, Ver-Polyäther mit endständigen Hydroxylgruppen. Als Wendung finden. Die erfindungsgemäß zu verwen-Beispiele seien angeführt die reinen Polymerisate von denden Polyacryl- bzw. Polymethacrylsäurealkylester

109 750/583

3 4

sollen mindestens teilweise Alkylgruppen mit 4 bis bereich für einen erfindungsgemäß zu verwendenden 8 Kohlenstoffatomen enthalten. Man kann sowohl Polyacryl- bzw. Polymethacrylsäurealkylester. Es wird reine Polyacrylsäureester als auch Polymethacryl- ersichtlich, daß dieser Konzentrationsbereich wesentsäureester ebenso verwenden wie Mischpolymerisate Hch weiter ist, bevor die vorhin beschriebenen Nachvon Acryl- und Methacrylsäureestern oder Mischpoly- 5 teile zu befürchten sind,
merisate von Gemischen verschiedener Acrylsäure- Beispiel 1
alkylester und Methacrylsäureester. Vorzugsweise wird _TT „ , .
man solche Polymere vorsehen, in denen mindestens Herstellung des Ausgangsmatenals
50% der Alkylestergruppen 4 bis 8 Kohlenstoffatome 60 Gewichtsteile eines linearen Polypropylenglykolaufweisen und die übrigen 1 bis 3 Kohlenstoffatome. io äthers (Molekulargewicht 2000, OH-Zahl 56), 40 GePolymere mit mehr als 70% an Alkylestergruppen mit wichtsteile eines verzweigten Polypropylenglykoläthers 4 bis 8 Kohlenstoffatomen sind besonders bevorzugt. (erhalten aus 1 Teil Glycerin und 30 Teilen Propylen-Genannt seien beispielsweise das Mischpolymerisat aus oxyd; Molekulargewicht 3000, OH-Zahl 56) werden 2-Äthylhexylacrylat und Äthylacrylat. Weitere geeig- mit 12,5 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (2,4- und nete monomere Ausgangsstoffe für die verwendeten 15 2,6-Isomerenverhältnis 80:20) umgesetzt, bis die Polymeren sind 2-Äthylhexylmethacrylat, n-Hexyl- Temperatur auf 115°C gestiegen ist. Es werden acrylat, n-Hexylmethacrylat, n-Heptylacrylat, n-Heptyl- weitere 27,5 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat hinzumethacrylat, Isobutylmethacrylat, n-Butylacrylat, gefügt. Das auf Raumtemperatur abgekühlte Vorn-Butylmethacrylat sowie Methylacrylat, Äthyl- addukt hat einen NCO-Gehalt von 10,3% und eine methacrylat oder n-Propylacrylat. Die Polyacryl- 20 Viskosität von 8500 cP/25 ⁰C.

bzw. Polymethacrylsäurealkylester sollen ein Mole- 100 Gewichtsteile des als Ausgangsmaterial erhalkulargewicht zwischen 1000 und 10 000 und bevorzugt tenen Voradduktes werden mit 0,3 Gewichtsteilen nahe 5000 haben. Sie werden vorteilhaft in Mengen Triäthylamin, 3 Gewichtsteilen N-Äthylmorpholin, von 0,2 bis 4,5 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Ge- 2,2 Gewichtsteilen Wasser und 0,2 Gewichtsteilen wichtsteile Voraddukt, eingesetzt. 25 eines Polyacrylsäureester (erhalten aus 70 Gewichts-Das Voraddukt aus dem Polyäther und dem stöchio- teilen 2-Äthylhexylacrylat und 30 Gewichtsteilen Äthylmetrischen Überschuß an Polyisocyanaten wird in acrylat) maschinell in einer Mischvorrichtung gemäß bekannter Weise unter im wesentlichen wasserfreien der USA.-Patentschrift 2 764 565 vermischt.
Bedingungen hergestellt und dann mit Wasser und Man erhält einen Polyurethan-Schaumstoff mit den den üblichen Zusatzstoffen vermischt. Verwiesen sei 30 folgenden physikalischen Eigenschaften:

auf tertiäre Amine als Katalysatoren ζ B. Triäthyl- Zerreißfestigkeit (kg/cm²) 1 bis 1,2

amm N N -Dimethylpiperazm, N,N -Diathylpiper- Raumgewicht (g/cm³) 0,032

azm, Triethylendiamin, N-Athylmorpholin N-Methyl- Bruchdehnung (%) 230 bis 250

morpholin, Dimethylcetylamm, Methylddaurylamm Stauchhärte bei 25% Zusammen-

und Dilaurylamm. An Stelle des Wassers kann man 35 drückung (kg/cm²) 0 03

die Verschalung ganz oder teilweise auch mit Bleibende Verformung (%)'!'.'.'.'. V. 10

inerten niedrigsiedenden Flüssigkeiten, z. B. von Zellgröße (pro cm) 7

Dichlordifiuormethan, vornehmen. Das Vermischen

der Komponenten wird vorteilhaft in einer konti- -r^cJoI ο

• I-*!- ι ι r- ί ·ι Beispiel /.
nuierhch arbeitenden Mischvorrichtung vorgenommen, 40

wie sie z. B. in der USA.-Patentschrift 2 764 565 lOO Gewichtsteile des gemäß Beispiel I erhaltenen

beschrieben ist. Voradduktes werden maschinell in einer Mischvor-

Der Einsatz der erfindungsgemäß zu verwendenden richtung gemäß der USA.-Patentschrift 2 764 565 mit

Polyacryl- bzw. Polymethacrylsäurealkylester hat 0,3 Gewichtsteilen Triäthylamin, 3 Gewichtsteilen

gegenüber den bisherigen Schaumstabilisatoren bei 45 N-Äthylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser und

der zweistufigen Herstellung von Schaumstoffen auf 4,5 Gewichtsteilen eines Polyacrylsäureester gemäß

Polyätherbasis den Vorteil, daß man eine wesentlich Beispiel I vermischt. Der erhaltene Schaumstoff zeigt

größere Variationsbreite für die Zusatzmenge des die folgenden physikalischen Eigenschaften:

Stabilisators besitzt um den gewünschten stabili- Zerreißfestigkeit (kg/cm²) 1,3 bis 1,4

sierenden Effekt au die Schaummasse zu erhalten. 50 _RaUmgewicht (g/cm«) 0,032

Das bringt vor allem eine größere Herstellungs- Bruchdehnung (%) 280 bis 300

sicherheit mit sich. . Stauchhärte bei 25% Zusammen-

Das Diagramm vergleicht die Konzentrations- drückung (kg/cm²) 0,03

bereiche fur em bekanntes Polydimethylsiloxan und Bleibende Verformung (%) 10

fur einen erfmdungsgemaß zu verwendenden Poly- 55 Zellgröße (pro cm) 18 bis 20

acryl- bzw. Polymethacrylsäurealkylester.

In der waagerechten Achse ist die Gewichtsmenge Beispiel 3

an Stabilisator und in der senkrechten Achse ist die , .

Anzahl der Zellen pro Zentimeter aufgetragen. Die Herstellung des Ausgangsmaterials

ausgezogene Linie zeigt den schmalen Konzentrations- 60 100 Gewichtsteile eines linearen Polypropylenglykol-

bereich für ein bekanntes Polydimethylsiloxan. Kon- äthers (Molekulargewicht 2000, OH-Zahl 56) werden

zentrationen unter dem angegebenen Minium führen mit 28 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (2,4- und

zu einem »Verkochen« des Schaumstoffes ohne 2,6-Isomeren-Verhältnis 80:20) umgesetzt, bis eine

Bildung einer brauchbaren Zellstruktur. Höhere Kon- Viskosität von 12 000 cP/25°C und ein NCO-Gehalt

zentrationen als die angegebenen liefern zwar einen 65 von 6,8% erreicht sind.

aufsteigenden Schaum, welcher allerdings anschließend 100 Gewichtsteile dieses als Ausgangsmaterial erhalzu einer hornartigen, unbrauchbaren Masse zusammen- tenen Voradduktes werden maschinell in einer Mischbricht. Die gestrichelte Linie zeigt den Konzentrations- vorrichtung gemäß der USA.-Patentschrift 2 764 565

Claims

5 6

mit 0,2 Gewichtsteilen N-Äthylmorpholin, 2,2 Ge-

wichtsteilen Wasser und 0,2 Gewichtsteilen des Poly-

acrylsäureesters umgesetzt. Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen

. · ι λ aufweisenden Schaumstoffen durch Umsetzen von

Beispiel 4 _{5 aus} Hydroxylgruppen enthaltenden linearen oder

100 Gewichtsteile des Voradduktes gemäß Beispiel 3 verzweigten Polyäthern und einem Überschuß an

werden maschinell in einer Mischvorrichtung gemäß Polyisocyanaten erhaltenen Umsetzungsprodukten

der USA.-Patentschrift 2 764 565 mit 0,2 Gewichts- mit Wasser in Gegenwart von schaumstabilisie-

teilen N-Äthylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser renden Mengen an hochmolekularen Stoffen,

und 4,5 Gewichtsteilen des Polyacrylsäureester gemäß io dadurch gekennzeichnet, daß als hochmolekulare

Beispiel 1 vermischt. Der resultierende Schaumstoff Stoffe Polyacryl- bzw. Polymethacrylsäurealkyl-

zeigt die folgenden physikalischen Eigenschaften: ester verwendet werden, in welchen mindestens ein

Zerreißfestigkeit (kg/cm²) 1,6 bis 1,7 Teil der Alkylestergruppen 4 bis 8 Kohlenstoff-

Raumgewicht (g/cm³) 0,032 atome aufweist.

Bruchdehnung (%) 350 bis 400 15

Stauchhärte bei 25°/₀ Zusammendrückung (kg/cm²) 0,02 Iⁿ Betracht gezogene Druckschriften:

Bleibende Verformung (%) 10 Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 022 002;

Zellgröße (pro cm) 18 bis 20 belgische Patentschrift Nr. 568 180.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 750/583 12.61