DE1182807B

DE1182807B - Verfahren zur einstufigen Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen

Info

Publication number: DE1182807B
Application number: DEM48123A
Authority: DE
Inventors: Samuel Polis
Original assignee: Mobay Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1960-03-02
Filing date: 1961-02-22
Publication date: 1964-12-03
Also published as: GB924228A; BE600733A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 08 g

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 39 b-22/04

M48123IVc/39b
22. Februar 1961
3. Dezember 1964

Die Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen auf Grundlage von linearen oder verzweigten, OH-Gruppen aufweisenden Polyäthern und Polyisocyanaten ist bekannt. Es ist insbesondere auch bekannt, Polyäther und Polyisocyanate einstufig mit Wasser und/oder weiteren Treibmitteln, zweckmäßig unter Mitverwendung von Hilfsstoffen, wie Aktivatoren, Emulgatoren und Schaumstabilisatoren, zu verschäumen. Es ist indessen schwer, wenn nicht unmöglich, in großtechnischer maschineller Serienproduktion auf diese Weise Schaumstoffe von sehr niedrigem Raumgewicht von etwa 0,032 g/cm³ und weniger herzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur einstufigen Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen auf Grundlage von linearen oder verzweigten Hydroxylgruppen aufweisenden Polyäthern, Polyisocyanaten und unter Druck oder Rühren eingebrachten Inertgasen als zusätzliches Treibmittel zu Wasser. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Inertgas unter Druck und unter Rühren in dem Polyäther fein verteilt, wobei man 1 bis 20 Volumteile Inertgas auf 100 Gewichtsteile Polyäther verwendet, bevor die erhaltene Polyäther-Inertgas-Dispersion in an sich bekannter Weise mit Polyisocyanaten und Wasser und/oder weiteren Treibmitteln verschäumt wird.

Man erhält auf diese Weise großtechnisch und maschinell Schaumstoffe von ausgesprochen niedrigem Raumgewicht und geringer Zellengröße. Es genügt nicht, das Inertgas mit den übrigen Komponenten und so wie diese für die schaumfähige Mischung in den Mischraum hineinzubringen, da dann nicht die geringe Zellengröße und die Gleichmäßigkeit der Zellenstruktur erreicht werden, wie sie für einen sehr leichten Schaumstoff gewünscht werden, wie er für Polsterzwecke eingesetzt werden soll. Es genügt auch nicht, Luft der umgebenden Atmosphäre durch heftiges Rühren in einem offenen Gefäß in den Polyäther zu bringen. Es ist wichtig, daß das Einbringen des Inertgases unter Druck erfolgt und das Inertgas im Polyäther anschließend durch Rühren fein verteilt wird. Offenbar bewirkt das Rühren die gleichmäßige Verteilung und möglicherweise sogar eine zumindest teilweise Lösung des Inertgases im Polyäther.

Es ist bekannt, ein Inertgas in einen Polyäther vor dem Vermischen mit Polyisocyanat und Wasser unter Druck oder unter Rühren einzubringen. Gemäß der Erfindung ist aber das Einbringen unter Druck und das Rühren des Polyäthers kritisch. Es ist ferner bekannt, ein Inertgas unter Druck in ein Verfahren zur einstufigen Herstellung von
Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen

Anmelder:

Mobay Chemical Company,

Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:
H. Knoblauch, Rechtsanwalt, Leverkusen

Als Erfinder benannt:
Samuel Polis,
North Haven, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 2. März 1960 (12425) --

Vorpolymeres einzubringen, das in einer zweiten Stufe durch Einrühren eines Vernetzers verschäumt wird. Auch hierbei wird nicht ein Inertgas unter Druck in den Polyäther gebracht und der Polyäther gerührt, bevor die übrigen Reaktionskomponenten zur einstufigen Verschäumung zugesetzt werden. Es ist ferner bekannt, im Polyäther wenigstens teilweise lösliche Halogenalkane in verflüssigter Form dem Polyäther zuzusetzen, wobei die exotherme Reaktionswärme der anschließenden Verschäumung die Löslichkeit des Halogenalkane vermindert, wenn nicht aufhebt, und dieses gleichzeitig in den gasförmigen Zustand übergeht und zur Expansion der sich ausbildenden hochmolekularen Struktur beiträgt. Im Gegensatz dazu liegt gemäß der Erfindung keine Lösung oder Dispersion einer Flüssigkeit im Polyäther vor, welche durch die Reaktionswärme während der folgenden chemischen Umsetzung verdampft, sondern es liegt eine unter bestimmten Bedingungen erhaltene Polyäther-Inertgas-Dispersion vor. Auf diese Weise gelingt es nicht nur, einen sehr leichten Schaumstoff, sondern insbesondere auch einen solchen mit ausgesprochen geringer Zellengröße und Gleichmäßigkeit der Zellenstruktur zu erhalten.

Jedes beliebige Inertgas kann für das erfindungsgemäße Verfahren benutzt werden, z. B. Stickstoff ofder Kohlendioxyd. Bevorzugt wird man Luft verwenden. Das Inertgas wird in normalem gasförmigem Zustand in den Polyäther eingebracht. Es kann zweckmäßig sein, das Gas in den fließenden

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Strom des Polyäthers einzubringen und den Polyäther anschließend in einer geeigneten Vorrichtung, etwa in einem Tank, mit einem Schaufelrührer zu verrühren.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Menge an Inertgas kann je nach den eingehaltenen Arbeitsbedingungen des Zusammenmischens der übrigen Komponenten und auch je nach stofflicher Zusammensetzung der Komponenten variiert werden. Praktisch wird man 1 bis 20 Volumteile Inertgas auf 100 Gewichtsteile Polyäther verwenden.

Der Druck, unter dem das Inertgas in den Polyäther eingebracht wird, kann jeder beliebige Druck sein, der größer ist als der auf dem Polyäther lastende. Vorzugsweise wird man einen Druck von 0,7 bis 7 kg cm² über dem Druck des in dem den Polyäther enthaltenden Raum herrschenden Druckes wählen. Die Verschäumung der Polyäther-Inertgas-Dispersion mit Polyisocyanaten und Wasser und/oder weiteren Treibmitteln erfolgt in an sich bekannter Weise.

Für das Verfahren geeignete Polyäther sind beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 241 345 beschrieben.

Geeignete Polyisocyanate finden sich in der USA.-Patentschrift 2 764 565 beispielhaft aufgeführt.

Man wird das Polyisocyanat im Überschuß über den Poiyäther einsetzen. Im Falle der Verwendung von Toluylendiisocyanat sind je 38 bis 58 Gewichtsteile für je 100 Gewichtsteile Polyäther bevorzugt. Man wird der zu verschäumenden Mischung in bekannter Weise zweckmäßig tertiäre Amine als Katalysatoren zufügen, wie sie beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 241 345 beschrieben sind. Auch Zinnverbindungen haben sich als Metallkatalysatoren bewährt, wie sie in der deutschen Auslegeschrift 1 091 324 beispielhaft angeführt werden. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung einer Mischung von tertiären Aminen mit Zinnverbindungen.

Wird ein tertiäres Amin allein als Katalysator verwendet, so haben sich 0.5 bis 5 Gewichtsteile für je 100 Gewichtsteile Polyäther als zweckmäßig erwiesen. Von einem Zinnkatalysator empfehlen sich 0,1 bis 5 Gewichlsteile. Eine vorteilhafte Katalysatormischung ist 0,1 bis 2 Gewichtsteile tertiäres Ämin und 0,1 bis 3 Gewichtsteile Zinnverbindung. Die Verwendung eines Gemisches ist besonders dann zweckmäßig, wenn der Polyäther sekundäre Hydroxylgruppen hat.

Als Schaumstabilisatoren seien besonders siloxanmodifizierte Polyäther genannt, wie sie in der USA.-Patentschrift 2 764 565 beschrieben sind. Sie werden zweckmäßig in Mengen von 0,5 bis 3 Gewichtsteilen für je 100 Gewichtsteile Polyäther eingesetzt. Das Raumgewicht des Schaumstoffes variiert mit der eingesetzten Wassermenge. Normalerweise wird die Wassermenge 2,5 bis 5 Gewichtsteile für je 100 Gewichtsteile Polyäther betragen. Weitere geeignete Treibmittel sind z. B. Methylenchlorid, Trichlorfluormethan oder Isopentan. Die Wassermenge kann sich dann verringern oder auch ganz entfallen. Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt. Der Tank 1 enthält den praktisch wasserfreien Polyäther, der über die Leitung 2 und die Pumpe 3 durch einen Wärmeaustauscher 4 und einen Filter 5 fließt. Ventil 7 liegt in einer Uberlaufleitung zum Ausgangstank. Die Zahnradpumpe 6 fördert den Polyäther in den Mischraum 8. Das Inertgas wird unter Druck in den Fließstrom des Polyäthers zur Pumpe 6 und Mischkammer 8 eingebracht. Das Inertgas befindet sich im Tank 12 und geht über die Leitung 10 und das Ventil 16. Eine Düse mit einem Uberschlagventil wird zweckmäßig am Eintritt der Leitung 10 in die Polyätherleitung vorgesehen. Der Luftdruck •ο ist zweckmäßig 0,7 bis 7 kg/cm² höher als der Druck in der Polyätherleitung, der praktisch zwischen 1,4 und 3,5 kg/cm² sein wird. Die Fließgeschwindigkeit des Inertgases richtet sich nach der gewünschten Zellengröße des Produktes. Die Polyäther-Inertgas-Dispersion geht in die Mischkammer 8, die einen Rührer 9 enthält, der durch den Motor 11 angetrieben wird. Nach gleichmäßiger Dispersion des Inertgases fließt die Dispersion durch die Leitung 23 in die Mischkammer 13, in der in bekannter Weise Polyisocyanat und Aktivatormischung zugemischt werden. Das Polyisocyanat lagert im Tank 10 und wird über die Zahnradpumpe 19 und die Leitung 18 in die Mischkammer 13 eingebracht. Wasser und die übrigen Hilfsstoffe, wie Aktivatoren enthaltende Äktivatormischung, befinden sich im Tank 21 und werden über die Leitung 22 und die Pumpe 23 in die Mischkammer gebracht. Eine gute Mischung wird erzielt, wenn Injektionsdüsen am Eintritt des Polyisocyanats und der Aktivatormischung in den Mischraum vorgesehen werden, wie es in der USA.-Patentschrift 2 764 565 beschrieben ist. Die fertige schaumfähige Mischung wird mittels des Rührers 14, der durch den Motor 15 angetrieben wird, zusätzlich gerührt und verläßt den Mischraum über die Austrittsöffnung 17.

Die erhaltenen Schaumstoffe haben eine gleichmäßige Zellenstruktur und üblicherweise eine Zellengröße von 0.3 bis 0,8 mm. Das Raumgewicht beträgt meist 0,020 g/cm³ und sogar weniger. Die erhaltenen Schaumstoffe eignen sich besonders zur Herstellung von Polsterwaren.

Beispiel I

100 Gewichtsteile eines Polypropylenglykoläthers (Molekulargewicht 3000; OH-Zahl 56) werden durch die Leitung 2 in die Kammer 8 gepumpt. Unter einem überdruck von 0.7 kg/cm² wird Luft in den Polyäther eingedrückt mit einer Geschwindigkeit, . die eine Mischung von etwa 10 Volumteilen Luft und 100 Gewichtsteilen Polyäther ergibt. Der Polyäther ist durch Kondensation aus Polypropylenoxyd und Glycerin als Startmolekül erhalten worden. 48 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat (2,4- und 2,6-Isomerengemisch [80 : 20]) werden zugemischt. Gleichzeitig werden 3,7 Gewichtsteile Wasser, 0,4 Gewichtsteile Zinn(II)-octoat, 0,4 Gewichtsteile N-Äthylmorpholin, 0,1 Gewichtsteil Triäthylendiamin und 1 Gewichtsteil einer Verbindung der Formel

(C_nH_2nO)₂-C₄H₉

in der ζ = 30 ist und (C„H2nO) 17 Oxyäthyleneinheiten und 13 Oxypropyleneinheiten bedeutet, in der Kammer 13 zugemischt. Die resultierende Mi-

	— Si-	-o —	/CH₃ I	O	/6
C₂Ho			I Si —
		,CHi

IO

schung schäumt nach Verlassen der Mischkammer und liefert einen Schaumstoff mit einer Dichte von 0,025 g/cm³. Die Zellengröße beträgt 0,3 bis 0,5 mm. Wird der gleiche Schaumstoff ohne Inertgasdispersion hergestellt, so beträgt die Zellengröße 0,5 bis 1 mm und sogar mehr. Wird ein Inertgas eingebracht, jedoch nicht anschließend gerührt, so wird die Zellengröße ebenso oder noch mehr schwanken als ohne Einsatz von Inertgas.

Beispiel 2

In 100 Gewichtsteile des Polyäthers gemäß Beispiel 1 wird, wie dort beschrieben, Luft unter einem Überdruck von 1,7 kg/cm² eingedrückt, wobei die Luftmenge derart ist, daß je 10 Volumteile Luft auf je 100 Gewichtsteile Polyäther entfallen. Die Fließgeschwindigkeit des Polyäthers in Kammer 13 beträgt 1440 l/Min. 45 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat gemäß Beispiel 1, 15 Gewichtsteile Trichlorfluormethan, 3,6 Gewichtsteile Wasser, 0,4 Gewichtsteile Zinn(II)-octoat, 0,4 Gewichtsteile N-Äthylmorpholin, 0,1 Gewichtsteil Triäthylendiamin und 1 Gewichtsteil der Silikonverbindung gemäß Beispiel 1 werden in einer Mischvorrichtung gemäß der USA.-Patentschrift 2 764 565 gleichzeitig und kontinuierlich zusammengemischt. Es ist zweckmäßig, jeweils Zinn(II)-octoat und Silikonverbindung sowie Wasser und tertiäres Amin gemeinsam der Mischvorrichtung zuzuführen. Das den Mischraum verlassende schaumfähige Gemisch liefert einen Schaumstoff mit einer Dichte von 0,18 g/cm³. Die Zellengröße beträgt 0,3 bis 0,5 mm.

Für den Fall, daß keine Luft eingeblasen wird oder nach dem Einblasen der Luft nicht gerührt wird, gilt das im Beispiel 1 bereits Ausgeführte.

Beispiel 3

100 Gewichtsteile eines durch Kondensation von Propylenoxyd erhaltenen Polypropylenglykoläthers (Molekulargewicht 2000; OH-Zahl 56), 38 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat gemäß Beispiel 1, 0,1 GewichtsteilTriäthylendiami^O^GewichtsteileN-Äthylmorpholin, 2,9 Gewichtsteile Wasser, 0,2 Gewichtsteile Dibutylzinnsulfid und 1,5 Gewichtsteile der Silikonverbindung gemäß Beispiel 1 werden in Kammer 13 gleichzeitig zusammengemischt. In den Strom des Polyäthers sind zuvor 2 Volumteile Luft für je 100 Gewichtsteile Polyäther eingedüst worden, und das Polyäther-Luft-Gemisch ist dann in Kammer8 gerührt worden. Der nach dem Aufschäumen des schaumfähigen Gemisches erhaltene Schaumstoff hat eine Dichte von 0,030 g/cm³. Die Zellengröße beträgt 0,3 bis 0,5 mm.

Beispiel 4

Wird das Beispiel 1 mit den gleichen Mischungskomponenten und den gleichen Mengenverhältnissen wiederholt, jedoch die Luftmenge in der Polyäther-Luft-Dispersion auf 5 Volumteile Luft je 100 Gewichtsteile Polyäther reduziert, so erhält man einen Schaumstoff mit den praktisch gleichen Eigenschaften wie im Beispiel 1.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur einstufigen Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen auf Grundlage von linearen oder verzweigten Hydroxylgruppen aufweisenden Polyäthern, Polyisocyanaten und unter Druck oder Rühren eingebrachten Inertgasen als zusätzliches Treibmittel zu Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Inertgas unter Druck und unter Rühren in dem Polyäther fein verteilt, wobei man 1 bis 20 Volumteile Inertgas auf 100 Gewichtsteile Polyäther verwendet, bevor die erhaltene Polyäther-Inertgas-Dispersion in an sich bekannter Weise mit Polyisocyanaten und Wasser und/oder weiteren Treibmitteln verschäumt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 045 644;
französische Patentschriften Nr. 1130671,1220214; Chemical and Engineering News, 1. Dezember 1958, S. 48/49.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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