DE1160175B

DE1160175B - Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen

Info

Publication number: DE1160175B
Application number: DEM45840A
Authority: DE
Inventors: Robert L Sandridge; Andrew S Morecroft
Original assignee: Mobay Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1959-07-13
Filing date: 1960-07-06
Publication date: 1963-12-27
Also published as: FR1262397A; NL253697A; US3067148A; GB923677A; BE592923A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

M 45840 IVc/ 39 b

ANMELDETAG: 6. JULI 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER

AUSLEGESCHRIFT: 27. DEZEMBER 1963

Urethangruppen enthaltende Schaumstoffe aus linearen und/oder verzweigten Hydroxylgruppen enthaltenden Polyäthern, Polyisocyanaten und Wasser sind bekannt, wobei man die Komponenten entweder in einem Einstufenverfahren zusammengibt oder aber zunächst aus einem Polyäther mit einem Überschuß an Diisocyanat ein Voraddukt herstellt und dieses dann mit Wasser verschäumt. Man hat auch bereits Mischungen von verzweigten Polyäthern und organischen Verbindungen mit vier alkoholischen OH-Gruppen und einem Molekulargewicht unter 600 verschäumt.

Das Raumgewicht und auch die Steifheit des Schaumstoffes steigen mit steigenden Mengen an mehrfunktionellen Verbindungen und sinkender Wassermenge. Obwohl sich das Raumgewicht innerhalb sehr enger Grenzen kontrollieren läßt, lassen die bei einem gewünschten Raumgewicht gemessenen Werte für die Druckspannung bei 25% Verformung zu wünschen übrig. Keine befriedigende Methode ist bisher bekanntgeworden, Urethangruppen enthaltende Schaumstoffe auf Polyätherbasis mit bestimmtem Raumgewicht und gleichzeitig gewünschter Druckspannung bei 25% Verformung herzustellen.

Es ist bekannt, Polyurethanschaumstoffe auf Grundlage von Gemischen von verzweigten Hydroxylgruppen aufweisenden Polyäthern und organischen Verbindungen mit vier OH-Gruppen, ausgewählt Ν,Ν,Ν', N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin, und organischen Diisocyanaten herzustellen.

Der folgende Vergleichsversuch illustriert dieses bekannte Verfahren:

Vergleichsversuch

100 Teile Anlagerungsprodukt aus Propylenoxyd (60%) und Äthylenoxyd (40%) an Äthylendiamin werden mit 0,6 Teilen Polysiloxanpolyalkylenglykolester, 2 Teilen Wasser und 24 Teilen Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin vermischt. Dann werden 80 Teile Toluylendiisocyanat (2,4- und 2,6-Isomerengemisch 80:20) zugefügt und die Mischung heftig mit einem elektrischen Rührer gerührt. Nach etwa 8 Sekunden nimmt die Mischung ein sahniges Aussehen an. Sie wird in eine Form gegossen, in der sie in etwa 70 Sekunden zu ihrer maximalen Höhe aufsteigt. Man läßt den Schaumstoff, der sich selbst erwärmt hat, auf Raumtemperatur abkühlen und mißt seine Eigenschaften nach etwa 72 Stunden. Er zeigt eine Druckspannung bei 25% Verformung von 0,9 kg/cm² bei einem Raumgewicht von 0,038 g/cm³.

Schaumstoffe wie der vorstehend erhaltene mit einer solch hohen Druckspannung sind zu hart. Sie haben Verfahren zur Herstellung

von Urethangruppen enthaltenden

Schaumstoffen

Anmelder:

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

Vertreter: H. Knoblauch, Rechtsanwalt, Leverkusen

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 13. Juli 1959 (Nr. 826 416)

Robert L. Sandridge, Proctor, W. Va., und Andrew S. Morecroft, New Martinsville, W. Va.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

eine ungenügende Flexibilität, um Belastungen gewachsen zu sein, wie sie bei einem schlagartigen Auftreffen eines Körpers bei einem Kraftfahrzeugunfall auftreten.

Die Beherrschung der Druckspannung bei 25% Verformung im angegebenen Bereich und bei dem angegebenen Raumgewicht ist insofern von Bedeutung, als derartige Schaumstoffe bei genügender Flexibilität gerade in dem Maße stoß- und schlagdämpfend sind, wie sie in der Praxis heute als Unfall-Schutzpolster in Kraftfahrzeugen, z. B. für Armaturenbretter, weitgehend gebraucht werden.

Aufgrund der Erfindung ist es nunmehr möglich, Schaumstoffe mit einer Druckspannung bei 25 % Verformung von etwa 0,035 bis 0,42 kg/cm² bei einem Raumgewicht von 0,025 bis 0,11 g/cm³ herzustellen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen aus Mischungen von verzweigten, Hydroxylgruppen aufweisenden Polyäthern und organischen, gegebenenfalls zwei tertiäre N-Atome aufweisenden Verbindungen mit mindestens vier OH-Gruppen und einem Molekulargewicht unter 600, sowie Diisocyanaten und Wasser und ist dadurch gekennzeichnet, daß man 0,5 bis 2,5 Gewichtsprozent Wasser, 20 bis 40 Gewichtsprozent eines Diisocyanates und 60 bis 80 Gewichtsprozent einer Mischung aus 72 bis 90 Gewichtsprozent

309 770/495

eines verzweigten Polyäthers mit drei bis vier OH-Gruppen und einem Molekulargewicht von 1000 bis 5000 und 10 bis 18 Gewichtsprozent einer organischen, gegebenenfalls zwei tertiäre N-Atome aufweisenden Verbindung mit vier alkoholischen OH-Gruppen und einem Molekulargewicht unter 600 in an sich bekannter Weise umsetzt, wobei die Mischung aus PoIyäther und vierwertiger Hydroxylverbindung eine Hydroxylzahl von 125 bis 180 hat.

wichtsprozent eines organischen Diisocyanats und mit 65 bis 80 Gewichtsprozent einer Mischung aus 72 bis 90 Gewichtsprozent eines verzweigten Polyäthers mit drei OH-Gruppen und 10 bis 18 Gewichtsprozent N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin um, wobei die Mischung aus Polyäther und vierwertigem Alkohol eine OH-Zahl von 160 bis 170 hat. Dabei erhält man einen Schaumstoff mit einer Druckspannung bei 25% Verformung von 0,06 bis 0,21 kg/

Die für das Verfahren geeigneten verzweigten Poly- io cm² bei einem Raumgewicht von 0,035 bis 0,064 g/cm³, äther mit drei bis vier Hydroxylgruppen und einem In den genannten Bereichen wird man die Mengen

Molekulargewicht von 1000 bis 5000 werden durch Kondensation von Alkylenoxyden, wie Propylenoxyd, Äthylenoxyd, Butylenoxyd, Tetrahydrofuran oder

des einzusetzenden Materials variieren, um Schaumstoffe mit gewünschter Druckspannung bei 25 °/₀ Verformung und gewünschtem Raumgewicht zu erhalten.

deren Mischungen, an drei- oder vierwertige Alkohole, 15 So erhält man beispielsweise einen Schaumstoff mit wie Trimethylolpropan, Glyzerin, Triäthanolamin oder einer Druckspannung bei 25 % Verformung von

Pentaerythrit, erhalten (»Encyclopedia of Chemical Technology«, Bd. 7, S. 257 bis 262,1951, herausgegeben von Interscience Publishers, Inc.).

0,18 kg/cm² und einem Raumgewicht von 0,064 g/ cm³, wenn man 0,8 Gewichtsprozent Wasser mit 25,7 Gewichtsprozent eines organischen Diisocyanats

Für die Umsetzung mit den Polyäthern geeignete 20 und mit 71,2 Gewichtsprozent einer Mischung von Polyisocyanate werden in der USA.-Patentschrift 85 Gewichtsprozent eines verzweigten Polypropylen-

glykols mit drei OH-Gruppen und einem Molekulargewicht von 3000 und 15 Gewichtsprozent Ν,Ν,Ν', N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin umsetzt,

2 764 565 aufgeführt. Genannt seien im einzelnen 2,4 - Toluylendiisocyanat, 2,6 - Toluylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Hexamethylendiiso-

cyanat oder 1,5-Naphthylendiisocyanat. Ein tech- 25 wobei die Hydroxylzahl des Gemisches 163 beträgt,
nisches Gemisch von 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat Das gegebene Beispiel zeigt, daß nahezu äquivalente

ist bevorzugt. Mengen an Diisocyanat eingesetzt werden, die mit

•-Als organische Verbindungen mit vier alkoholischen ^{dem Wasser und der} Mischung von Polyäther und OH-Gruppen und einem Molekulargewicht unter 600 vierwertigem Alkohol reagieren. Im allgemeinen ist seien Pentaerythrit, 1,2,4,5-Hydroxypentan, Ν,Ν,Ν', so eine Abweichung von 10 bis 20°/₀, sei es, daß man N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin oder ^{mehr oder} weniger Diisocyanat einsetzt, zulässig.
N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-hexamethylen- ^{Dies Iäßt slch durch den} »Isocyanat-Index« aus-

diamin genannt. drücken, der in Prozent die Menge des eingesetzten

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung Diisocyanats im Vergleich zur theoretisch notwendigen von N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxylpropyl)-äthylen- 35 ^MenS^{e an}gi^bt· ^{Für die} Erfindung wird man demnach

einen »Isocyanat-Index« von 80 bis 120 und vorzugsweise von 95 bis 110 vorsehen.

Die gemäß Erfindung hergestellten Verfahrensprodukte finden vielfältige Anwendung für Kissen,

diamin erwiesen.

Die Komponenten werden in den angegebenen
Mengen miteinander umgesetzt, wobei man im Einstufenverfahren alle Komponenten gleichzeitig zusammenmischen kann oder aber zunächst unter prak- 40 Matratzen, Polstermöbel,
tisch wasserfreien Bedingungen aus dem Polyäther und packungsmaterial^ oder
dem Diisocyanat ein Voraddukt herstellen und dieses
dann durch Zugabe von Wasser und der vierwertigen
Hydroxylverbindung verschäumen kann.

Bei der Verschäumung lassen sich bekannte Hilfsstoffe mitverwenden, z. B. tertiäre Amine. Wenn die vierwertige Hydroxylverbindung tertiäre Stickstoffatome enthält, hat sich Ν,Ν'-Dimethylpiperazin als Katalysator besonders bewährt. Andernfalls wird man

Teppichunterlagen, Verinsbesondere für Armstützen oder Schutzpolster für Automobile.

Beispiel 1
Es werden die in der Tabelle angegebenen Mengen

eines verzweigten Polyäthers aus Propylenoxyd und Glyzerin (Molekulargewicht 3000; OH-Zahl 56) mit den angegebenen Mengen N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin und mit den angegebenen aktivere Katalysatoren bevorzugen, wie z. B. N-Me- 50 Mengen Toluylendiisocyanat, Wasser und N,N'-Dithylmorpholin, N-Äthylmorpholin oder Triäthylen- methylpiperazin und eines Siloxan-Oxyalkylen-Blockdiamin. polymeren maschinell vermischt, wie in der USA.-

AIs Schaumstabilisatoren haben sich Siloxan-Oxy- Patentschrift 2 764 565 beschrieben wird. Das aus der alkylen-Blockpolymere, wie sie beispielsweise in der Mischvorrichtung austretende schaumfähige Gemisch USA.-Patentschrift 2 834 748 beschrieben werden, be- 55 wird in Formen gefüllt, wobei es zu einem Schaumstoff sonders bewährt. auftreibt, der noch 24 Stunden bei 65 ⁰C ausgehärtet

Nach einer bevorzugten Arbeitsweise setzt man 0,8 wird. Die physikalischen Eigenschaften der erhaltenen bis 1,8 Gewichtsprozent Wasser mit 20 bis 35 Ge- Schaumstoff körper finden sich in der Tabelle.

Nr.	Raumgewicht g/cm³	NCO- Index	Druckspannung bei 25 % Verformung kg/cm²	Zugfestigkeit kg/cm²	Bruchdehnung	Druck verformungstest
1 2 3 4	0,036 0,043 0,053 0,066	8888	0,08 0,12 0,15 0,18	1,32 1,36 1,44 1,58	65 60 50 50	7,9 12 12 18

	5	Raumgewicht	NCO- Index	Druckspannung bei 25 % Verformung	Zugfestigkeit	6	Druck verformungstest
Nr.	g/cm³		kg/cm²	kg/cm²	Bruchdehnung	7o
	0,035	90	0,06	1,32	7o	6,1
5	0,045	90	0,075	1,38	100	6,6
6	0,050	90	0,09	1,55	90	4,7
7	0,062	90	0,115	1,41	95	5,7
8	0,038	100	0,10	1,05	85	18
9	0,045	100	0,11	1,24	45	15
10	0,069	100	0,17	1,44	60	9,4
11	0,038	90	0,08	1,08	60	8,7
12	0,043	90	0,085	1,24	80	9,1
13	0,068	90	0,13	1,33	85	6,9
14	0,061	105	0,15	1,95	75	26
15	0,036	105	0,07	0,76	42	23
16	0,025	90	0,035	1,26	35	8
17	0,11	120	0,42	1,41	90	20
18				30

Nr.	Polyäther	Tetrol	Diisocyanat	Wasser	Siliconöl	N,N'-Dimethyl- piperazin
1	55,6	9,8	31,0	1,5	1,5	0,6
2	57,8	10,2	28,7	1,2	1,5	0,6
3	59,1	10,4	27,2	1,0	1,5	0,8
4	60,5	10,7	25,7	0,8	1,5	0,8
5	57,3	10,1	28,9	1,55	1,55	0,62
6	59,5	10,5	26,7	1,24	1,55	0,62
7	60,8	10,7	25,2	1,03	1,55	0,82
8	62,2	11,0	23,8	0,82	1,55	0,82
9	58,5	8,36	29,5	1,5	1,5	0,6
10	60,8	8,7	27,2	1,2	1,5	0,6
11	63,9	9,1	24,1	0,8	1,5	0,6
12	60,3	8,5	27,4	1,55	1,5	0,6
13	62,5	8,9	25,2	1,24	1,5	0,6
14	65,5	9,3	22,2	0,82	1,5	0,6
15	56,3	12,0	29,4	0,97	1,0	0,6
16	51,7	11,0	34,0	1,54	1,4	0,5
17	53,4	7,6	33,8	2,5	1,6	0,5
18	61,7	11,0	27,6	0,5	1,5	1,0

Claims

PATENTANSPRUCH:
Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen aus Mischungen von verzweigten, Hydroxylgruppen aufweisenden PoIyäthern und organischen, gegebenenfalls zwei tertiäre N-Atome aufweisenden Verbindungen mit mindestens vier OH-Gruppen und einem Molekulargewicht unter 600 sowie Diisocyanaten und Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß man 0,5 bis 2,5 Gewichtsprozent Wasser, 20 bis 40 Gewichtsprozent eines Diisocyanates und 60 bis 80 Gewichtsprozent einer Mischung aus 72 bis 90 Gewichtsprozent eines verzweigten Polyäthers mit drei bis vier OH-Gruppen und einem Molekulargewicht von 1000 bis 5000 und 10 bis 18 Gewichtsprozent einer organischen, gegebenenfalls zwei
tertiäre N-Atome aufweisenden Verbindung mit vier alkoholischen OH-Gruppen und einem Molekulargewicht unter 600 in an sich bekannter Weise umsetzt, wobei die Mischung aus Polyäther und vierwertiger Hydroxylverbindung eine Hydroxylzahl von 125 bis 180 hat.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung F 6215/39 e (bekanntgemacht am 17. 12. 1953);
Modem Plastics, 36, Mai 1959 (Nr. 9), S. 151 und 154;
»Preliminary Technical Bulletin«, 17.
September 1956, »Flexible Foams«, »Tetronics«, 20.
Dezember und »Quadrol«,