DE1124686B - Verfahren zur Herstellung kautschukelastischer Kunststoffe - Google Patents
Verfahren zur Herstellung kautschukelastischer KunststoffeInfo
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Description
Es ist bekannt, nach dem Isocyanat-Polyadditionsverfahren kautschukelastische Kunststoffe herzustellen.
Die resultierenden »Polyurethan-Kautschuke« sind dadurch bemerkenswert, daß man daraus Formkörper
im Gießverfahren herstellen kann. Hierdurch wird es möglich, auch kompliziert ausgebildete Formstücke
einwandfrei und ohne Materialverlust zu fertigen. Gemäß der deutschen Patentschrift 831 772 kann dieses
Gießverfahren derart ausgeführt werden, daß man Polyhydroxylverbindungen mit einem Molekulargewicht
über 800 mit einem Überschuß an organischen Diisocyanaten umsetzt und anschließend ein Glykol
in einer zur Reaktion mit den freien NCO-Gruppen der isocyanatmodifizierten Polyhydroxylverbindung
ungenügenden Menge einmischt. Diese Mischung ist 1S
gießfähig. Man läßt sie nach dem Ausgießen unter Formgebung ausreagieren. Auch ungesättigte Glykole
sind in diesem Zusammenhang bereits verwendet worden. Die Eigenschaften der erhaltenen kautschukelastischen
Kunststoffe richten sich weitgehend nach *° den angewendeten Mengenverhältnissen der Komponenten
und werden insbesondere durch die Diisocyanatmenge bestimmt. So entstehen beispielsweise
durch Anwendung eines Überschusses von etwa 70 bis 100% an Diisocyanat über die sich auf die Hydroxylgruppen
der Polyhydroxylverbindung berechnende Menge Produkte mit einem niederen Elastizitätsmodul
und einer geringeren Härte, während bei Anwendung eines Überschusses von etwa 200 bis 250 % Produkte
mit einem höheren Modul und einer größeren Härte erhalten werden. Insbesondere werden aber elastische
Produkte mit ausgesprochen hoher Härte erhalten, wenn man einen Diisocyanatüberschuß von 300 bis
900 % einsetzt. Während nun die Reaktion des Diisocyanate mit der Polyhydroxylverbindung mit einem
Molekulargewicht über 800 in flüssige Phase abläuft und daher technisch gut zu beherrschen ist, erfolgt die
Reaktion des mehrwertigen Alkohols mit dem überschüssigen Diisocyanat zum Teil während die Masse
unter Formgebung erstarrt. Der Abfluß der Reaktionswärme dieser exothermen Reaktion ist also formbedingt.
Daher kann z. B. ein voluminöses Gießteil während des Erstarrens so viel Reaktionswärme stauen,
daß es durch die thermischen Spannungen reißt. Dem Abkühlen des Voradduktes vor der Alkoholreaktion
sind Grenzen gesetzt durch den Viskositätsanstieg und in manchen Fällen durch die Gefahr des Auskristallisierens
von überschüssigem Diisocyanat. Man ist deshalb der Gefahr des Reißens dadurch begegnet, indem
man durch Zusatz von dreiwertigen Alkoholen zum Glykol die Stabilität des sich verfestigenden Materials
durch zusätzliche Vernetzung erhöhte. Bei Mischungen Verfahren zur Herstellung
kautschukelastischer Kunststoffe
kautschukelastischer Kunststoffe
Anmelder:
Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft,
Leverkusen-Bayerwerk
Leverkusen-Bayerwerk
Dr. Konrad Ellegast, Leichlingen,
Dr. Artur Reischl und Dr. Erwin Müller,
Dr. Artur Reischl und Dr. Erwin Müller,
Leverkusen,
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
mit bis zu 300 % ist dieser Weg gangbar, doch ist bei
sehr großen Diisocyanatüberschüssen die Reaktionswärme bei der Glykolreaktion so groß, daß die thermischen
Spannungen durch zusätzliche Vernetzung nicht mehr gehalten werden können. Dies trifft besonders
für voluminöse Teile zu, bei denen die Wärme nur ungenügend abgeleitet werden kann.
Erfindungsgemäß können diese Schwierigkeiten bei der Herstellung von harten kautschukelastischen
Kunststoffen auf Grundlage der Umsetzung von Polyhydroxylverbindungen mit einem Molekulargewicht
über 800, einem Überschuß von 300 bis 900% an organischen Diisocyanaten, bezogen auf die Polyhydroxylverbindung,
und einem mehrwertigen Alkohol mit einem Molekulargewicht unter 500 in einer zur
Reaktion mit den freien NCO-Gruppen ungenügenden Menge unter Formgebung dadurch behoben werden,
daß man das Gemisch aus einem Teil des mehrwertigen Alkohols und aus der Polyhydroxylverbindung
mit dem Diisocyanat in an sich bekannter Weise unter Erhaltung eines wenigstens 150% betragenden
Überschusses an Diisocyanat umsetzt und das Reaktionsprodukt unter Zusatz des restlichen Teils des
mehrwertigen Alkohols aushärtet.
Polyhydroxylverbindungen mit einem Molekulargewicht über 800 sind vorwiegend lineare Polyester,
Polyesteramide, Polyäther, Polythioäther oder Polyacetale. Die bestgeeigneten Materialien haben ein
Molekulargewicht von etwa 1000 bis 3000 und OH-Zahlen zwischen 30 und 80 bei einer Säurezahl möglichst
unter 2. Genannt seien auch hydroxylgruppenhaltige lineare Polymerisationsprodukte des Butadiens,
Isoprens oder dergleichen.
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3 4
Als Diisocyanate, die im Überschuß von 300 bis Bleibende Dehnung 40%
700 %mit diesen Polyhydroxyverbindungen umgesetzt Belastung bei 20 % Dehnung ... 155 kg/cm2
sind, seien vor allem 1,5-Naphthylendiisocyanat, Belastung bei 300 % Dehnung .. 360 kg/cm8
1,4-Naphthylendiisocyanat, ^'-Diphenylmethandiiso- Elastizität 30%
cyanat, p-Phenylendiisocyanat, Toluylendiisocyanat 5 Weiterreißfestigkeit 80 kg/cm
und Hexamethylendiisocyanat erwähnt.
Als mehrwertige Alkohole mit einem Molekular- Auch Teile mit großem Volumen sind nach dieser
gewicht unter 500 seien Äthylenglykol, 1,2-Propandiol, Methode gut herstellbar.
1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol, 2,3-
Butandiol, 1 4-Butendiol, 1,4-Butindiol, 1,5-Pentandiol, io Beispiel 2
1,6-Hexandiol, Hexen-3-diol-(2,5), Hexin-3-diol-(2,5), Zu 2000 g wasserfreiem Polyester aus Adipinsäure
Hydrochinon-jS-dioxäthyläther, Glycerin, Trimethylol- und Äthylenglykol (OH-Zahl 56) werden 100 g
propan und Pentaerythrit beispielhaft genannt. In 2,3-Butandiol gegeben, die Mischung auf 140° C erhitzt
Frage kommen auch Glykole mit Harnstoff-, Urethan-, und danach 1200 g 1,5-Naphthylendiisocyanat ein-
Carbonamid- und Estergruppen. 15 gerührt. Nach 10 Minuten wird in die etwa 130° C
Diese mehrwertigen Alkohole können auch im heiße Schmelze eine Mischung von 60 g Trimethylol-
Gemisch eingesetzt werden, man kann in den beiden propan mit 220 g 2,3-Butandiol eingerührt und die
Verfahrensstufen die gleichen oder auch verschiedene homogene Schmelze in 1300C heiße Formen vergossen,
mehrwertige Alkohole verwenden. Nach wenigen Minuten kann das verfestigte Material
Die Reaktion derPolyhydroxylverbindung mit einem 20 entformt werden, das nach einer Ausheizdauer von
Molekulargewicht über 800 mit dem organischen 24 Stunden bei 110° C folgende mechanische Eigen-
Diisocyanat geschieht in bekannter Weise zweckmäßig schäften aufweist:
unter Ausschluß von Feuchtigkeit bei erhöhten Tempe- „, w.. . Δ QH
raturen, am besten zwischen 80 und 150° C. Dabeiist Sh H"rt D 61
erfindungsgemäß ein Teil des mehrwertigen Alkohols a5 .7„rfP=tirffpit " ' "
?70 ksrlcm*
bereits anwesend. Die Maximalmenge des in dieser Bruchdehnune " " ' 250°/
Stufe einsetzbaren mehrwertigen Alkohols ist bestimmt " '
mindesten» noch HO»/, betragen. ,„ ^äii ''' \ \ \ \ \' \ I ] &
^äweii .. \ \ \ \ \. \ I ] 85&cm
Dann wird der Rest des mehrwertigen Alkohols in
einem solchen Mengenverhältnis zugemischt, daß der Ein Zylinder mit dem Durchmesser 150 mm und
vorhandene Überschuß an NCO-Gruppen nicht ganz 100 mm Höhe ist ohne Rißbildung herstellbar,
verschwindet. Die Mischung wird kurz und gründlich
durchgerührt und in gießfähigem Zustand in die Form 35 Beispiel 3
eingebracht, in der die Masse zum kautschukelastischen
Kunststoff zweckmäßig unter weiterer Wärmezufuhr Zu 2000 g eines entwässerten Polythioäthers aus
härtet. Die gewonnenen Formstücke werden wie üb- Thiodiglykol (OH-Zahl 56) werden 20 g Trimethylollich
durch freies Nachheizen endgültig ausgehärtet. propan gemischt und die Mischung bei 120° C mit
Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten 40 600 g 1,5-Naphthylendiisocyanat umgesetzt. Nach
harten Polyurethan-Elastomeren zeigen gegenüber den einer Reaktionszeit von 10 Minuten unter Vakuum
bisherigen harten Produkten außer der bereits eingangs werden 120 g 2,3-Butandiol eingerührt und die dünngenannten besseren Verarbeitbarkeit bei ihrer Her- flüssige klare Schmelze in 1100C heiße eingewachste
stellung überraschend verbesserte mechanische Eigen- Formen gegossen. Nach 15 Minuten werden die geschaften.
So liegt die Zugfestigkeit um etwa 100 kg/cm2 45 gossenen Teile entformt und dann 24 Stunden im Heizhöher,
während Härte und Elastizität nicht erniedrigt schrank bei 110°C ausgeheizt,
werden. Das Produkt hat nach einer Lagerzeit von einer Beispiel 1 Woche folgende physikalischen Eigenschaften:
_ -nnn . _c . r. 1 . * j- · Shore-Härte A 92
Zu 2000 g eines wasserfreien Polyesters aus Adrpin- 50 Shore Härte D 36
säure und Äthylenglykol (Säurezahl <1; OH-Zahl 56) Zugfestigkeit .'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 240 kg/cm*
werden 80 g Tnmethylolpropan gemischt und auf Bruchdehnune
isocyanatzuundlaßtwahrend 10 Mi- Belastung bei 20% Dehnung ... 60 kg/cm*
5inc^^ Df· TenaPeratur *aUt fnaS auf 55 Belastung bei 300% Dehnung .. 135 kg/cm*
etwa 108° C und steigt dann wieder auf 1300C an. Elastizität 55°/
Nach der ReaMon werden in die klare dünnflüssige Weiterreißfestigkeit ".'.'.'.'.['.'.V/. 32 kg/cm
Schmelze 300 g 2,3-Butandiol eingerührt und die
Masse anschließend in 1300C heiße, eingewachste .
Formen vergossen. Nach 30 Minuten kann entformt 60 Beispiel 4
werden. Nach einer Ausheizdauer von 24 Stunden bei In 2000 g eines wasserfreien Polyesters aus Adipin-
HO0C erhält man ein hartes elastisches Material säure, Äthylenglykol und Butandiol-(1,4) (OH-Zahl56;
mit folgenden mechanischen Eigenschaften: Säurezahl 1) werden 60 g Trimethylolpropan und 100 g
2,3-Butandiol eingemischt. In die 12O0C heiße Mi-
Shore-HärteA 98 65 schung werden 1200 g 1,5-Naphthylendiisocyanat ein-
Shore-Härte D 60 . gerührt. Die Reaktion, die^man zur Entfernung des
Zugfestigkeit 370 kg/cm2 gelösten Gases unter Vakuum ablaufen laßt, dauert
Bruchdehnung.. ..310% etwa 7 Minuten.
5 6
Danach werden 220 g 2,3-Butandiol eingemischt und Polyhydroxyverbindungen mit einem Molekulardie
Masse in heiße Formen gegossen. Die mechanischen gewicht über 800, einem Überschuß von 300 bis
Eigenschaften nach 24 Stunden Ausheizen sind wie 900% an organischen Diisocyanate^ bezogen auf
folgt: die Polyhydroxylverbindung, und einem mehrn.„.
rjsrf. a no 5 wertigen Alkohol mit einem Molekulargewicht
Shore Härte D 65 unter 500 m emer zur Reaktion mit den freien Zugfestigkeit ."""!!!I:::::: 320 kg/cm* NCO-Gruppen ungenügenden Menge unter Form-Bruchdehnung
350 ο/, Sebu*S>
dadurch gekennzeichnet, daß man das Ge-
Bleibende Dehnung 35°) misch aus einem Teil des mehrwertigen Alkohols
Belastung bei 20 % Dehnung '.'. 158 kg/cm* 10 ^d aus der Polyhydroxylverbindmg mit dem Di-Belastung
bei 300»/ Dehnung .. 305 kg/cm* isocyanat in an sich bekannter Weise unter ErElastizität
35°/ haltung eines wenigstens 150% betragenden Uber-
Weiterreißfestigkeit''.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 80 kg/cm Schusses an Düsocyanat umsetzt und das Reak-
tionsprodukt unter Zusatz des restlichen Teils des
_ 15 mehrwertigen Alkohols aushärtet.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH: eVerfahren zur Herstellung kautschukelastischer In Betracht gezogene Druckschriften:Kunststoffe auf Grundlage der Umsetzung von Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 071 949.@ 209 517/430 2.62
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