DE1282950B - Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen Polyurethanschaumstoffes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen PolyurethanschaumstoffesInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
Deutsche Kl.:
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Auslegetag:
Aktenzeichen:
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C 08 g
39 b5-22/46
39b5-51/34
39b5-51/34
P 12 82 950.4-43 (E 30102)
16. September 1965
14. November 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen Polyurethanschaumstoffes
bei Raumtemperatur und in Gegenwart von Wasser, Katalysatoren und wenigstens einem grenzflächenaktiven
Mittel, aus wenigstens einem Polyisocyanat und wenigstens einer Polyhydroxylverbindung in
Gegenwart wenigstens eines Monoalkoxypolyäthylenglykols der allgemeinen Formel
RO — (CH2 — CH2 — O)„H ίο
in der R einen Methyl- oder Älhylrest und η eine
ganze Zahl zwischen mindestens 3 und-höchstens 30 bedeutet.
Bei Polyurethanschaumstoff handelt es sich um einen zellenförmigen Stoff, der sich gut zur Herstellung
von Schwämmen für industrielle und häusliche Zwecke eignet. Wenn der Stoff offene Zellen
aufweist, hat er das Aussehen eines natürlichen Schwammes. Das allgemein zur Herstellung von
Polyurethanschaumstoffen angewendete Verfahren besteht darin, daß ein Polyisocyanat mit einer Polyhydroxylverbindung
auf der Basis von Polyestern oder Polyäthern in Gegenwart von Wasser, Katalysatoren
und eines grenzflächenaktiven Mittels umgesetzt wird. Ein Schwamm aus nach diesem Verfahren
hergestelltem Polyurethanschaumstoff weist jedoch den Nachteil auf, daß er ein sehr geringes
Wasserabsorptionsvermögen besitzt, wodurch sich offensichtlich eine erhebliche Einschränkung seiner
Verwendungsmöglichkeiten ergibt.
I'm diesen Nachteil des Polyurethanschaumstoffes zu vermeiden, sind verschiedene Verfahren bekanntgeworden,
die die Herstellung eines hydrophilen Schaumstoffes gestatten sollen. Bei einigen dieser
Verfahren werden dem Schaum bei der Synthese hydrophile mineralische Verbindungen oder grenzflächenaktive
Mittel zugemischt. Jedoch sind die nach diesen Verfahren hergestellten Schaumstoffe
infolge des Verschwindens der zugemischten Stoffe und damit der hydrophilen Eigenschaften nach einer
gewissen Anzahl von Waschvorgängen zur Herstellung von Schwämmen nicht gut geeignet.
Es sind jedoch noch mehrere andere Verfahren bekannt, die das Erzielen von sehr hydrophilen
Schaumstoffen ermöglichen. Gemäß einem dieser Verfahren werden polyhydroxylierte lineare harzartige
Verbindungen mit organischen Polyisocyanaten in Gegenwart von Wasser und gegebenenfalls von
Kohlehydraten oder von Eindickungszusätzen und -mitteln sowie von Aminverbindungen und von
Vernetzungsmitteln in der Weise zur Reaktion ge-Verf ahren zur Herstellung eines hydrophilen
Polyurethanschaumstoffes
Polyurethanschaumstoffes
Anmelder:
Fa. ELEKAL, Paris
Vertreter:
Dipl.-Ing. R. Müller-Börner
und Dipl.-Ing. H. H. Wey, Patentanwälte,
1000 Berlin 33, Podbielskiallee 68
Als Erfinder benannt:
Dr. rer. nat. Joerg Sambeth, Veyrier;
Alexis Archipoff, Carouge (Schweiz)
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 14. Oktober 1964 (33 339)
bracht, daß wenigstens 25% der ursprünglichen OH-Gruppen erhalten bleiben.
Gemäß einem weiteren bekannten Verfahren verwendet man als Polyäther einen wasserlöslichen
Polyäther mit mindestens 40% Äthylenoxideinheiten. Nach einem älteren Vorschlag verwendet man
einen wasserlöslichen Polyäther mit mindestens 40% Äthylenoxideinheiten im Gemisch mit einem Monoester
oder einem Monoäther eines wasserlöslichen Polyalkoylenglykols, wobei dieses Gemisch eine
solche Proportion aufweist, daß die Funktionalität der hydroxylen Verbindungen kleiner ist als 1,4
(Funktionalität eines Polyätherdiols = 2, Funktionalität eines Polyalkoylenglykolmonoesters oder -monoäthers
= 1).
Die gemäß den im vorstehenden erörterten Verfahren hergestellten Schaumstoffe haben eine sehr
hohe Wasserabsorptionsfahigkeit, jedoch verlieren sie in nassem Zustand fast völlig ihre Reißfestigkeit,
was natürlich ihre Verwendung als Badeschwamm (oder Schwämme für industrielle und häusliche
Zwecke) ausschließt. Dagegen behalten die gemäß dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren
hergestellten hydrophilen Schaumstoffe in nassem Zustand eine hohe Festigkeit.
Andere Verfahren bestehen darin, daß man den Ausgangsstoffen Polyäthylenglykol zusetzt. Sie haben
jedoch den Nachteil, daß sie einen Schaumstoff mit einer sehr unangenehmen Griffigkeit ergeben, die
das Gefühl der Klebrigkeit vermittelt.
809 637/1121
3 4
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren Polypropylenglykol Teile
zur Herstellung eines hydrophilen Polyurethan- (Molekulargewicht = 2100) ., 92
Schaumstoffes zu schaffen, welches die Nachteile der Monomethoxypolyäthylenglykol
bekannten Verfahren beseitigt. Dies ist möglich, (Molekulargewicht = 164, η = 3) 8
indem man das Verfahren der eingangs genannten '5 Wassergesamtmenge 3,5
Art so durchführt, daß als Polyhydroxylverbindung Toluylendiisocyanat (Kennzahl TDi 105)
ein Polyäther auf der Basis von Propylenoxid oder Siliconöl 1,5
ein Polyester verwendet wird, wobei wasserlösliche Zinnoctoat 0,20
Polyglykole mit mehr als 40% Äthylenoxid als Triäthylendiamin 0,20
Aufbaukompönente ausgenommen sind. Das Ver- I0 N-Äthylmorphoiin 0,20
fahren nach der Erfindung besteht also darin, daß ■
zur Synthese des Schaumstoffes neben den herkömm- Diese Mischung wird in eine Form gegossen und
liehen Ausgangsstoffen, nämlich den Polyisocyanaten dort schäumen gelassen.
:xind den Polyhydroxyverbindungen, wenigstens ein Der erhaltene Schaumstoff weist bemerkenswerte
Monoalkoxypolyäthylenglykol verwendet wird. Letz- i5 hydrophile Eigenschaften auf. Diese wurden wie
teres hat als eine hydrophile Verbindung die Auf- folgt nachgeprüft:
gäbe, mit dem Polyisocyanat durch seine Hydroxylgruppe zu reagieren und seine Alkoxygruppe frei 1. Durch eine herkömmliche Methode zur Bebeizubehalten, wodurch dem Schaumstoff die hydro- Stimmung der Benetzungszeit eines Schwammes philen Eigenschaften ohne Beeinträchtigung seiner 2o (2 bis 3 Sekunden für einen Schwamm von Griffigkeit verliehen werden. üblicher Größe),
gäbe, mit dem Polyisocyanat durch seine Hydroxylgruppe zu reagieren und seine Alkoxygruppe frei 1. Durch eine herkömmliche Methode zur Bebeizubehalten, wodurch dem Schaumstoff die hydro- Stimmung der Benetzungszeit eines Schwammes philen Eigenschaften ohne Beeinträchtigung seiner 2o (2 bis 3 Sekunden für einen Schwamm von Griffigkeit verliehen werden. üblicher Größe),
Bei diesem Verfahren kann das Monoalkoxypoly- 2. durch eine herkömmliche Methode zur Messung
äthylenglykol in freier Form in das Reaktionsmedium der Kapillaraszension des Wassers in einem
eingeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, das Schwamm (ungefähr 90 g/dma in einer Minute),
Monoalkoxypolyäthylenglykol in Kombination mit 25 3. durch eine herkömmliche Methode zur Messung
einer Polyhydroxylverbindung oder einem Polyiso- der Abtrocknungseigenschaften eines Schwam-
cyanat in das Reaktionsmedium einzuführen. mes.
Hierbei kann die Kombination mit der Polyhydroxylverbindung dadurch erzielt werden, daß B e i s ρ i e I 2 eine
Hydroxylgruppe der Polyhydroxylverbindung 30
durch ein Monoalkoxypolyäthylenglykol ersetzt wird. Man verfährt wie im Beispiel 1, wobei jedoch
durch ein Monoalkoxypolyäthylenglykol ersetzt wird. Man verfährt wie im Beispiel 1, wobei jedoch
Es wird zweckmäßig ein Monoalkoxypolyäthylen- statt der 8 Teile Monomethoxypolyäthylenglykol
glykoläther des Butylenglykols, Glycerins, 1,2,6-He- 10 Teile eines Monoäthoxypolyäthylenglykols (MoIe-
xantriols, Trimethylolpropans, Pentaerythritols oder -: kulargewicht = 354 und // = 7) verwendet werden,
von α-Glukose-bzw. jS-Glukosederivaten verwendet. 35
Die Kombination mit dem Polyisocyanat kann " Beispiel 3
dadurch, erzielt werden, daß dasselbe mit einem
dadurch, erzielt werden, daß dasselbe mit einem
Monoalkoxypolyäthylenglykol vermischt wird. Das Man verfahrt wie im Beispiel 1, verwendet jedoch
Polyisocyanat kann aus folgenden Verbindungen aus- 10 Teile eines Monomethoxypolyäthylenglykols mit'
gewählt werden: Mischung aus 2,4-oder 2,6-Tolylen- 40 den Werten Molekulargewicht = 560 und 11= 12.
diisocyanat, 1,5-Naphthylendiisocyanat, 1,4-Napthy-
lendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, 2,4-To- B e i s ρ i e 1 4
lylendiisocyanatdimereSjT^-Diisocyanatocyclohexan,
lylendiisocyanatdimereSjT^-Diisocyanatocyclohexan,
4,4',4"-Triphenylmethantriisocyanat oder Polyme- ■ Man verfahrt wie im Beispiel Ϊ, verwendet jedoch
thylenpolyphenylenpolyisocyanat mit mehr oder 45 10 Teile eines Monomethoxypolyäthylenglykdls mit
weniger langer Kette. den Werten Molekulargewicht = 736 und // = 16.
Als Polyätherpolyhydroxylverbindung wird bei
dem Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise eine Beispiel 5
solche auf der Basis von Propylenoxid, und zwar
solche auf der Basis von Propylenoxid, und zwar
Polypropylenoxid mit einem Molekulargewicht von 50 Man verfährt wie im Beispiel 1, verwendet jedoch
2100 verwendet. . an Stelle des Monomethoxypolyäthylenglykols
Es ist zu bemerken, daß, wenn das Monoalkoxy- 10 Teile einer Kombination desselben mit GIypolyäthylenglykol
in Kombination mit dem Poly- cerin, d. h.
äther oder Polyester verwendet wird, die oben gemachte Angabs bezüglich seiner Menge der ge- 55 CH2OH
samten Pölyhydroxylverbindungsmenge Rechnung |
trägt, d.h. auch der in der Kombination vorhandenen CHOH
Polyhydroxylverbindung. - |
äther oder Polyester verwendet wird, die oben gemachte Angabs bezüglich seiner Menge der ge- 55 CH2OH
samten Pölyhydroxylverbindungsmenge Rechnung |
trägt, d.h. auch der in der Kombination vorhandenen CHOH
Polyhydroxylverbindung. - |
Was die Katalysatoren betrifft, so -gelangen die CH — O — (CH2 — CH>
-^- O)11 -^- CH3 '
gleichen wie bei den bekannten Verfahren zum 60 („ _ χ bis 20).
Einsatz. Das gleiche gilt für die grenzflächenaktiven
Einsatz. Das gleiche gilt für die grenzflächenaktiven
Mittel. ' ■
Das oben beschriebene Verfahren läßt sich bei- Beispiel 6
spielsweise folgendermaßen durchführen: - ;· ..
t> ' · 1 1 65 Man verfahrt wie im Beispiel 1, verwendet jedoch
• i- tteispieM 100 Teile Polypropylenglykol (Molekulargewicht
Man stellt durch Verrühren bei Raumtemperatur =2100) an Stelle der 92 Teile und- an Stelle des
eine innige Mischung aus folgenden Bestandteilen her: Monomethoxypolyäthylenglykols eine Kombination
desselben mit 4,4',4" - Triphenylmethantriisocyanat, d. h.
>- NH — CO — (OCH2 CH2J-OCH.,
Vergleichsbeispiel 1
Man geht vor wie im Beispiel 1, nur mit dem Unterschied, daß kein Monomethoxypolyäthylenglykol
eingesetzt wird und daß an Stelle von 92 Teilen Polypropylenglykol 100 Teile Polypropylenglykol mit
einem Molekulargewicht von 2100 verwendet werden.
Vergleichsbeispiel 2
Man geht vor wie im Beispiel 1, nur mit dem Unterschied, daß kein Monomethoxypolyäthylenglykol
eingesetzt wird und daß an Stelle von 92 Teilen Polypropylenglykol 50 Teile Polyäthylenglykol mit
einem Molekulargewicht von 1000 und 50 Teile Polypropylenglykol mit einem Molekulargewicht
von 2100 verwendet werden.
Man geht vor wie im Beispiel 1, nur mit dem Unterschied, daß kein Monomethoxypolyäthylenglykol
eingesetzt wird und daß man an Stelle von Polypropylenglykol 100 Teile eines Polyesters verwendet,
der durch Umsetzen einer Mischung von Adipinsäure (1,5MoI), Sebacinsäure (1,5MoI), Diäthylenglykol
(3,25 Mol) und Glycerin (0,5 Mol) erhalten worden ist. 100 Teile dieses Polyesters
werden mit einer Menge Tolylendiisocyanat, die einer Kennzahl TDI 105 entspricht, sowie mit
3,5 Teilen Wasser, 0,3 Teilen N-Äthylmorpholin und 2 Teilen eines oberflächenaktiven Mittels aus
einer Mischung von Estern aus Polyglykolen und Polycarbonsäuren mit Na-Sulfonaten von Fettkörpern
umgesetzt.
Man geht vor wie im Beispiel 7, nur mit dem Unterschied, daß 90 Teile des gleichen Polyesters
und 10 Teile Monoäthoxypolyäthylenglykol mit einem Molekulargewicht von 354 eingesetzt werden.
Man geht vor wie im Beispiel 8, nur mit dem Unterschied, daß an Stelle von 10 Teilen Monoäthoxypolyäthylenglykol
10 Teile Monomethoxypolyäthylenglykol verwendet werden (n = 7).
Um eine vergleichende Übersicht über die Eigenschaften
der Schaumstoffe zu ermöglichen, die gemäß den Beispielen 1 bis 6, den Vergleichsbeispielen
1 und 2 und den Beispielen 7 bis 9 hergestellt sind, wurden diese Eigenschaften in der folgenden
Tabelle zusammengestellt.
Zeit für die Durchfeuchtung |
Prozentsatz der | Prozentsatz | Mechanische | |
Beispiel | kapillaren Steighöhe | der Abtrocknung | Beständigkeit in nassem Zustand |
|
2 bis 3 Sekunden | (gdrn2) | Co) | (g cm2) | |
1 | 4 Sekunden | 90 | 87 | 450 |
2 | 4 Sekunden | 80 | 89 | 470 |
3 | 5 Sekunden | 80 | 87 | 400 |
4 | 7 Sekunden | 75 | 85 | 460 |
• 5 (/; = 7) | 7 Sekunden | 70 | 88 | 550 |
6 | 8 Minuten | 70 | 85 | 600 |
7 | 5 Sekunden | 25 | 55 | 650 |
8 | 5 Sekunden | 80 | 84 | 400 |
9 | 5 bis 6 Minuten | 75 | 83 | 450 |
Vergleichsbeispiel 1 | 2 Sekunden | 30 | 63 | 5(X) |
Vergleichsbeispiel 2 | 90 | 83 | 250 | |
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines hydrophilen Polyurethanschaumstoffes bei Raumtemperatur
und in Gegenwart von Wasser, Katalysatoren und wenigstens einem grenzflächenaktiven Mittel,
aus wenigstens einem Polyisocyanat und wenigstens eineF Polyhydroxylverbindung in Gegenwart
wenigstens eines Monoalkoxypolyäthylenglykols der allgemeinen Formel
RO — (CH2 — CH-2 — O),, H
in der R einen Methyl- oder Äthylrest und η eine
ganze Zahl zwischen mindestens 3 und höchstens 30 bedeutet, dadurch gekennzeich-
net. daß. als Polyhydroxylverbindung ein PoIyäther
auf der Basis von Propylenoxid oder ein Polyester verwendet wird, wobei wasserlösliche
Polyglykole mit mehr als 40% Äthylenoxid als
Aufbaukomponente ausgenommen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Monoalkoxypolyäthylenglykol in freier Form in das Reaktionsmedium
eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Monoalkoxypolyäthylenglykol
in Kombination mit einer Polyhydroxylverbindung oder einem Polyisocyanat in das
Reaktionsmedium eingeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Monoalkoxypolyäthylenglykoläther
des Butylenglykols, Glycerins, 1,2,6-Hexantriols, Trimethylolpropans,
Pentaerythrits oder von «-Glukose- bzw. /i-Glukosederivaten
verwendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 109 364, 1 113 083, 125 646, 1 171 152.
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 109 364, 1 113 083, 125 646, 1 171 152.
In Betracht gezogene altere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1208 881.
Deutsches Patent Nr. 1208 881.
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