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Verfahren zum Herstellen von Zellkörpern Aus der deutschen Auslegeschrift
1059 657 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schwammkörpern aus Polyvinylalkoholen
unter Verwendung von Formaldehyd bekannt. Neben Formaldehyd wird dabei noch ein
Dialdehyd verwendet. Bei dieser Umsetzung entstehen Acetale.
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Gegenstand der Erfindung ist nunmehr ein Verfahren zum Herstellen
von Zellkörpern aus Gemischen von Polyvinylalkoholen, Aldehyden oder Arylen-bzw.
Alkylendiisocyanaten, Wasser und üblichen oberflächenaktiven Schäummitteln, gegebenenfalls
in Gegenwart von Katalysatoren, durch mechanisches Verschäumen und Erwärmen, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Polyvinylalkohol verwendet, der mit 5
bis 100 Gewichtsteilen eines Alkylenmonoepoxyds mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen pro
100 Gewichtsteile Polyvinylalkohol alkoxyliert worden ist.
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Die Herstellung des alkoxylierten Polyvinylalkohols erfolgt nach
üblichem Verfahren, wie dieses z. B. in der deutschen Patentschrift 575 141 beschrieben
ist.
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Ein weiteres übliches Verfahren ist z. B. folgendes: Polyvinylalkohol
wird in feinverteilter fester Form mit einem Alkylenoxyd und außerdem mit einer
die Löslichkeit des Polyvinylalkohols drückenden, das Zusammenlagern der Teilchen
verhindernden Flüssigkeit, die mit Wasser, Polyvinylalkohol und dessen Alkoxylierungsprodukt
nicht mischbar, jedoch mit dem Alkylenoxyd mischbar ist, bei Reaktionstemperatur
in Berührung gehalten. Dabei bewirkt die die Löslichkeit drückende Flüssigkeit,
daß der Polyvinylalkohol bzw. dessen Alkoxylierungsprodukt, der bzw. das sonst im
Alkylenoxyd oder dessen Reaktionsprodukt mit dem Polyvinylalkohol erweichen und
sich zusammenlagern würde, in festem Zustand und in Suspension bleibt. Vorzugsweise
verwendet man dazu Polyvinylalkohol, aus dem man die normalerweise in handelsüblichem
Polyvinylalkohol vorhandenen etwa 3 Gewichtsprozent Wasser vor der Reaktion mit
dem Alkylenoxyd entfernt hatte.
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Das zur Herstellung des als Ausgangsprodukt eingesetzten Polyvinylalkohols
verwendete Alkylenoxyd kann irgendein 1,2- oder 1,3-C2-C4-Alkylenoxyd sein, z. B.
Athylen-, Propylen- oder Butylenoxyd. Alle diese Oxyde sind Alkylenmonoepoxyde.
Die höhersiedenden Glieder der Alkylenoxyde und Verbindungen, wie Trimethylenoxyd,
sind verwendbar, doch wegen ihrer großen Reaktionsträgheit nicht zu empfehlen.
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Die niedrigstmögliche erforderliche Menge an Alkylenoxyd wird durch
den gewünschten Alkoxylierungsgrad bestimmt, der beim alkoxylierten Produkt
die für
den beabsichtigten speziellen Verwendungszweck geeignete Löslichkeit, Viskosität
und mechanische Eigenschaften ergibt. Zweckmäßigerweise wird der Polyvinylalkohol
mit 5 bis 100 Gewichtsteilen Alkylenoxyd, industriell etwa 25 bis 75 Gewichtsteile
zu 100 Gewichtsteile Polyvinylalkohol, umgesetzt.
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Auf folgende Weise kann z. B. ein Schwamm hergestellt werden: 100
Gewichtsteile eines alkoxylierten Polyvinylalkohols werden mit handelsüblicher Formalinlösung
entsprechend einem tatsächlichen Formaldehydgehalt von 10 bis 70 Gewichtsteilen,
normalerweise 20 bis 50 Gewichtsteilen, außerdem 2 Gewichtsteilen handelsüblicher
konzentrierter Salzsäure oder einem ähnlichen Acetalisierungskatalysator und einer
geeigneten kleinen Menge Schäummittel vermischt.
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Als Schäummittel kann beispielsweise ein oberflächenaktives Schäummittel,
wie die Natriumsalze von sulfoniertem Monoglycerid von Kokosnußölfettsäuren, sulfoniertes
Lignin, Natriumlaurylsulfat, Natriumdodecylbenzolsulfonat, Glycerinmonostearat,
Sorbitmonolaurat, äthoxyliertes Sorbitmonolaurat und Cetyltrimethylammoniumbromid.
Es können anionische, nichtionische und kationische oberflächenaktive Mittel zur
Verwendung gelangen, vorausgesetzt, daß sie von der Art von Schäummitteln sind,
die die Suspension von Luft oder anderen Gasblasen in wäßriger Lösung fördern. Kommt
ein saurer Katalysator zur Anwendung, so wählt man ein oberflächenaktives Mittel,
das in saurer Lösung wirksam ist. Das Schäummittel wird im üblichen entsprechenden
Mengenverhältnis beim oben angegebenen Gemisch beispielsweise zu 0,1 bis 5 Gewichtsteilen
verwendet.
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Das ganze Gemisch wird geschlagen oder auf andere Weise mit Luft,
Kohlendioxyd oder Stickstoff vermischt bzw. geschäumt, bis das Volumen z. B. auf
das Zwei- bis Fünffache der ursprünglichen Flüssigkeit gestiegen ist. Nach Belieben
kann zur Beschleunigung der Reaktion mäßig, beispielsweise auf 50 bis 900 C, erwärmt
werden. Bei fortschreitender Reaktion ergibt sich die Bildung eines Acetals oder
Hemiacetals des äthoxylierten Polyvinylalkohols, und das geschäumte Material wird
allmählich zäh und elastisch. Wenn die Dichte etwa derjenigen eines nassen Schwammes
entspricht, bricht man die Reaktion durch Entfernung des Säurekatalysators, beispielsweise
durch Neutralisation mit Soda oder einer ähnlichen Alkaliverbindung, ab. Man läßt
nun die Masse abtropfen und trocknet sie bei etwa 1000 C an der Luft. Sie kann nun
in die für leichtes Schaummaterial gewünschte Form und Größe gebracht bzw. geschnitten
werden.
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Um die Wasserabsorption des auf diese Weise hergestellten Schwammes
zu erhöhen, kann man die Verbindung derZellen innerhalb des Schwammes auf übliche
Weise verbessern bzw. erhöhen, z. B. dadurch, daß man den Schwamm im trockenen Zustand
einem solchen Druck aussetzt, daß die Zellwände zwischen den Einzelzellen zerreißen.
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In anderen Durchführungsformen können andere Aldehyde, die für den
alkoxylierten Polyvinylalkohol allein oder mit Wasser als Lösungsmittel dienen,
in äquivalenten Mengen statt dem Formaldehyd verwendet werden. Derartige, als Ersatz
für Formaldehyd geeignete Aldehyde sind beispielsweise Acetaldehyd, Propionaldehyd,
Butyraldehydglyoxal und Succinaldehyd.
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An Stelle des in den folgenden Beispielen angewandten Toluol-2,4-diisocyanat
können äquivalente Gewichtsmengen anderer Diisocyanate, wie Benzol-oder Xyloldiisocyanat
oder Äthyl en-, Tetramethylen-oder Octamethylendiisocyanat, verwendet werden.
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Diisocyanate können, wenn ein verhältnismäßig niedermolekulares Produkt
erhalten werden soll, durch entsprechende Monoisocyanate ersetzt werden.
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Es können auch gemischte Diiso- und Monoisocyanate zur Anwendung kommen,
wenn wegen eines bestimmten Verwendungszwecks des fertigen Produkts eine durch Monoisocyanate
zu erreichende be stimmte Kettenlänge erwünscht ist.
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Die Erfindung wird durch folgende Beispiele weiter erläutert. Sofern
nicht anders vermerkt, stellen alle in den Beispielen und an sonstigen Stellen angegebenen
Verhältnisangaben Gewichtsteile dar; die verwendeten Vorrichtungen sind bekannt
und deshalb nicht näher erläutert.
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Beispiel 1 In diesem Beispiel wurden verwendet: a) äthoxylierter
Polyvinylalkohol mit einem Äthoxygehalt von 29,5 O/o, b) propoxylierter Polyvinylalkohol
(Propoxygehalt von 9,3 O/o), c) butoxylierter Polyvinylalkohol (Butoxylierungsgrad
von 3 O/o).
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In ein Gemisch aus jeweils 100 Teilen dieser alkoxylierten Polyvinylalkohole,
10 bis 70 Teilen Formaldehyd, 2 Teilen Salzsäure konzentriert und 0,1 bis 5 Teilen
Treibmittel werden unter Rühren 100 Teile Toluol-2,4-diisocyanat eingeleitet. Statt
mäßigen Erwärmens wurde schließlich auf 100 C erhitzt, bis im
wesentlichen keine
Gasentwicklung mehr erfolgte.
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Das so entwickelte Kohlendioxydgas ergibt die zur Herstellung des
geschäumten Produktes erforderlichen Blasen.
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Beispiel 2 Jeweils gleiche Gewichtsteile der im Beispiel 1 verwendeten
alkoxylierten Polyvinylalkohole und Toluol-2,4-diisocyanat wurden miteinander vermischt
und auf einem Dampfbad so lange erhitzt, bis sich Kohlendioxyd entwickelte, wobei
ein hartes - festes Produkt zurückblieb. Das Produkt war in Wasser, Methanol und
Butylalkohol unlöslich.
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Beispiel 3 Die im Beispiel 1 verwendeten alkoxylierten Polyvinylalkohole
wurden jeweils mit der 1- bis 2fachen Gewichtsmenge Toluol-2,4-diisocyanat und verschiedenen
Mengen, nämlich 1, 3 und 5 Teilen Wasser vermischt. DerReaktionsverlaufwar dann
am schnellsten, wenn das Wasser in einem Mengenverhältnis von 3 Teilen zu 1 Teil
äthoxyliertem Polyvinylalkohol vorlag. Bei wesentlich geringerem Wassergehalt war
Erhitzen nötig, um eine zufriedenstellende Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen;
bei einem Wassergehalt von mehr als 3 verzögerte sich die Reaktion ebenfalls etwas.
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Alle nach diesem Beispiel hergestellten Produkte waren im nassen
Zustand gummiartig und schwammartig. Sie wiesen eine leicht gelbe Farbe auf und
waren in Wasser unlöslich.
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Die schwammartigen Produkte wurden z. B. an der Luft während mehrerer
Tage oder schneller in einem Ofen bei 70 bis 1000 C getrocknet.
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Bei einer Erhitzungstemperatur von 120 bis 2000 C kann die Trockenzeit
etwa 1 bis 3 Stunden betragen.
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Die Mengenverhältnisse des in den Beispielen 2 und 3 verwendetenDiisocyanats
sind von 0,5 bis 2 Teilen zu 1 Teil alkoxyliertem Polyvinylalkohol veränderlich.
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Die gemäß Beispiel 1 bis 3 hergestellten Produkte waren zur Herstellung
von Schaumprodukten für Polster oder Schwämmen geeignet. Zur Herstellung von Schwämmen
verwendet man Material, das in nassem Zustand elastisch ist. Durch die Entwicklung
von Kohlendioxyd ergibt sich eine gewisse Verbindung zwischen den verschiedenen
Zellen, die durch Anwendung eines hohen Druckes auf das getrocknete zellenartige
Material durch Aufsprengen der Zwischenwände verbessert werden kann.