DE1299886B - Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von PolyurethanenInfo
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Description
1 2
Das beanspruchte Verfahren betrifft die Herstellung Das beanspruchte Verfahren kann mit einem PoIy-
von Polyurethanen unter Verwendung neuer Kataly- alkylenpolyol (Molgewicht mindestens 500), einem
satoren, die für die Herstellung von Polyurethan- organischen polyfunktionellen Isocyanat, mit Wasser
schäumen im Einstufenverfahren besonders brauchbar und katalytischen Mengen eines (a) Gelierungssind.
5 katalysators (Sn(OCOR)2 und R'aSnX&) und (b)
Es ist bekannt, Polyurethane durch Umsetzen eines Treibkatalysators (Metallseifen) durchgeführt
organischer polyfunktioneller Isocyanate mit Poly- werden.
alkylenpolyolen herzustellen, also mit organischen Dabei können die verschiedensten polyfunktionellen
Verbindungen, die reaktionsfähige Wasserstoffatome Isocyanate, z. B. Diisocyanate, angewandt werden, wie
tragen, wie sie z. B. bei Polyestern, Polyesteramiden, io Alkylendiisocyanate, z. B. Hexamethylendüsocyanat
Polyalkylenäthern, Polyacetalen oder Polyalkylenthio- und Decamethylendiisocyanat, Arylendiisocyanate,
äthern vorkommen. Unter wasserfreien Bedingungen wiePhenylendiisocyanatejToluylendiisocyanatejNaphkann
das gebildete Polyurethan nicht porös sein. Für thalindiisocyanate, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanate
zellige oder geschäumte Produkte müssen der Mischung oder Isomere oder deren Mischungen sowie auch
Wasser und überschüssiges Isocyanat zugesetzt werden, 15 Triisocyanate. Bevorzugt wird eine Mischung aus
fallweise auch Hilfstreibmittel, z.B. ein flüchtiger 80°/? 2,4-und 20% 2,6-Toluylendiisocyanat.
Fluorkohlenstoff. Reagiert Wasser mit den noch nicht Die verwendeten Polyalkylenpolyole, sind organische
umgesetzten überschüssigen Isocyanatgruppen, bildet Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatosich
CO2, das in die Reaktionsmischung eingeschlossen men, ζ. B. Polyester, Polyäther, polyisocyanatmodiwird.
Die Gelierungszeit der Reaktionsmischung wird ao fizierte Polyester oder Polyesteramide, Alkylenglykole,
in üblicher Weise geregelt und soll etwas länger Polymercaptane, Polyamine oder polyisocyanatmodidauern
als die Treibzeit, so daß die fest werdende fizierte Alkylenglykole. Die Polyalkylenpolyole können
Masse das in ihr gebildete Kohlendioxydgas ein- aktive primäre oder sekundäre Hydroxylgruppen
schließt und so den Schaum ergibt. haben. Das Polyalkylenpolyol kann auch ein hydroxyl-
Die üblichen Katalysatoren sind Amine, besonders 35 haltiger Polyäther oder Polyester einschließlich Fetttertiäre Amine, wie N-Äthylmorpholin. Die Haupt- säureglyceriden sein. Polyester, als bevorzugter Typ
funktion dieser Katalysatoren besteht in der Kontrolle der Polyalkylenpolyole, können wie üblich durch
der Gasbildung, obwohl sie auch Gelierungsreaktionen Veresterung aliphatischer zweibasischer Carbonsäuren
katalytisch beeinflussen können. Die Amine sind sehr mit Glykolen oder Triolen oder deren Mischungen
flüchtig und treten daher rasch aus der Reaktions- 30 erhalten werden, wobei die gebildeten Polyester endmischung
aus, sie riechen unangenehm, haben ein ständige Hydroxylgruppen enthalten. Als zweibasische
hohes Lösungsvermögen, durch das Anstriche oder Carbonsäuren für die Herstellung von Polyestern
andere Beläge angegriffen werden. Ihre Giftigkeit können aliphatische und aromatische Säuren, wie
beeinträchtigt ebenfalls die Polyurethane, die aus Adipinsäure, Fumarsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure,
aminkatalysierten Umsetzungen stammen. Die kurze 35 dienen, als Alkohole Athylenglykole, Diäthylenglykole
Stabilität der üblichen Aktivatoren bei solchen oder Trimethylolpropan, ebenso Fettsäureglyceride
Massen (4 bis 5 Stunden) sollte ebenfalls beachtet mit einer Hydroxylzahl von mindestens 50 wie Rizinuswerden,
öle, hydrierte Rizinusöle oder geblasene Natur-
Beim Einstufenverfahren müssen die Treibreaktion öle.
(CO2) und die Gelierungsreaktion (Bildung eines 40 Polyäther, die einen weiteren bevorzugten Typ von
starken Schaumes) kontrolliert werden. Die gewünsch- Polyalkylenpolyol darstellen, können Polyalkylenten
Schäum- oder Treibzeiten dauern 70 bis 120 Sekun- glykole, beispielsweise Polyäthylenglykole und PoIyden,
vorzugsweise 90 Sekunden unter üblichen Bedin- propylenglykole, sein (Molgewicht von mindestens
gungen bei 25° C. Genauso lang ist die Gelierungszeit, 200).
z. B. 70 bis 130 Sekunden, vorzugsweise 110 Sekunden. 45 Die Herstellung der beanspruchten Polyurethane in
Die Gelierungszeit muß also ausreichen, um die Ent- einem Einstufenverfahren geschieht durch Reaktion
wicklung des Schaumes zuzulassen. des Polyols mit überschüssigem polyfunktionellem
Durch das beanspruchte Verfahren werden ver- Isocyanat in Gegenwart von Wasser und Zellbildnern,
besserte und geruchfreie Polyurethanschäume erhalten, z. B. Siliconen, wie trimethylendblockierten Dimethylmit
Hilfe neuer Katalysatoren. 50 polysiloxanen. Das polyfunktionelle Isocyanat wird
Das beanspruchte Verfahren zur Herstellung von vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 300 %, zweck-Polyurethanen
durch Umsetzung von Verbindungen mäßig 40 Gewichtsprozent, des Polyols angewandt,
mit aktiven Wasserstoffatomen mit organischen poly- Genügend Wasser für die Reaktion mit dem Isocyanat
funktioneilen Isocyanaten und Wasser in Anwesenheit · und zur Gasbildung, z. B. 0,5 bis 10 °/0, muß anwesend
von Metallseifen ist dadurch gekennzeichnet, daß man 55 sein. Die Vermischung der Bestandteile erfolgt bei
ein Katalysatorgemisch verwendet, das außer den als erhöhter oder Raumtemperatur.
Treibmittel dienenden Antimon-, Wismut- oder Arsen- Im Zweistufenverfahren kann das Polyol zunächst
seifen als Gelierungsmittel Zinnverbindungen der mit dem überschüssigen polyfunktionellen Isocyanat
Formeln in Abwesenheit von Wasser umgesetzt werden, worauf
α /^/-./-.T.λ ι. -η/ ο ν 6ο dann erst Wasser und weitere Bestandteile zugesetzt
Sn(OOCR)2 bzw. R aSnX& werden.
Die das Treiben bewirkenden Katalysatoren gemäß
enthält, in denen R bzw. R' Kohlenwasserstoffreste der Erfindung können die Metallseifen von Antimon,
bedeutet und X aus Chlor oder negativen Resten Wismut und Arsen sein und aus Anionen aliphatischer
organischer Carbonsäuren, Mercaptide, Alkohole und 65 Monocarbonsäuren mit 7 bis 22 Kohlenstoffatomen
Ester von Mercaptosäuren besteht und in denen gebildet werden. Typische Seifen sind Antimontri-
a und & 1, 2 oder 3 sind und die Summe von α und b 2-äthylhexoat, Antimontripelargonat, Arsentrioleat,
4 beträgt. Antimontritallat, Wismut-tri-2-äthylhexoat, Arsentri-
pelargonat, Antimontri-(tetrachlorbenzoat), Antimontri-(cyclohexylcarboxylat)
oder Wismuttrioleat. Zusammen mit gelbildenden Katalysatoren werden einwandfreie
Polyurethane erhalten, die geruchlos sind.
Der Gelierungskatalysator besteht aus Sn(OCOR)2
oder R'oSnXö. In den Stannoverbindungen der Formel
Sn(OCOR)2 kann R ein Kohlenwasserstoffrest sein, wie Alkyl-, Alkenyl-, Aryl-, Aralkyl-, Alkaryl-, Cycloalkyl-,
R kann ζ. B. Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, η-Butyl-, Isobutyl-, t-Butyl-, Amyl-, Hexyl-,
Heptyl-, Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Undecyl-, Oleyl-,
d. h. 7-Heptadecenyl-, Phenyl, ο-, m- oder p-Tolyl,
Naphthyl, Cyclohexyl, Benzyl sein. Vorzugsweise enthält R mindestens 7 und weniger als 17 Kohlenstoffatpme.
Ist R Heptyl-, so kann die Gruppe—OCOR
die 2-Äthylhexoatgruppe sein. Wenn R 7-Heptadecenyl ist, so ist die Gruppe —OCOR die Oleatgruppe.
Bevorzugte Verbindungen sind Stanno-2-äthylhexoat und Stannooleat.
In den Organozinnverbindungen der Formel R'oSnXn kann R' die gleiche Bedeutung haben wie R,
z. B. Alkyl-, Alkenyl-, Aryl-, ^Alkaryl-, Aralkyl-, Cycloalkyl-. R' kann Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-,
η-Butyl-, Isobutyl-, t-Butyl-, Amyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Undecyl-, Oleyl-, d. h.
7-Heptadecenyl, Phenyl-, o-, m- oder p-Tolyl-, Naphthyl-, Cyclohexyl-, Benzyl- sein. Die Summe
von α und b ist 4, α und b können 1, 2 oder 3 sein.
Bevorzugt für R' ist der n-Butylrest C4H9 —.
In R'aSnXfc kann X aus Chlor und negativen Resten
organischer Carbonsäuren RCOO—, Mercaptide, RS—, Alkohole, RO—, Ester von Mercaptosäuren
ROOC(CH2),iS — bestehen, z. B. aus 2-Äthylhexoat,
Laurylmercaptid, aus Methoxyd und aus Isooctylthioglycolat.
In den bevorzugten Organozinnverbindungen der Formel R'aSnX» sind α und b gleich 2, d. h. Dibutylzinndilaurat
und Dibutylzinndilaurylmercaptid.
0,01 bis 5 Teile Gelierungskatalysator und Treibkatalysator (1:1) je 100 Teile Polyol sind zu verwenden.
Bei Antimontritallat und Stanno-2-äthylhexoat wird das Verhältnis 1.
Im Einstufenverfahren bildet sich ein biegsamer Polyätherschaum durch Vermischen von (a) 100 Teilen
Polyalkylenpolyol (das Polyäthertriol besteht aus dem Kondensationsprodukt von Glycerin und Propylenoxyd
[Molgewicht etwa 3000, Hydroxylzahl etwa 56]), (b) 1 Teil eines die Zellen modifizierenden Mittels, wie
Silicon (trimethylendblockiertem Dimethylpolysiloxan), (c) 38,6 Teilen Tolylendiisocyanat (ein Verhältnis
von 80: 20°/0von2,4-und2,6-Isomeren), (d)2,9Teilen
enthärtetem Wasser, (e) 0,3 Teilen der Metallseife als Treibkatalysator und (f) 0,3 Teilen der Zinnverbindung
als Gelierungskatalysator. Tabelle I zeigt verschiedene Beispiele für die Anwendung der Katalysatorkombinationen
gemäß der Erfindung. Gemäß Beispiel 1 der Tabelle besteht die Reaktionsmischung aus Triol, Silicon, Diisocyanat und Wasser mit Antimon-tri-2-äthylhexoat
und Stanno-2-äthylhexoat.
In jedem der Beispiele dieser Tabelle ist unter der »Gruppe-V-Seife« bezeichneten Spalte ein bestimmtes
Treibmittel angegeben. Jede der weiteren vier Spalten A, B, C, D gibt den jeweils angewandten Gelkatalysator
an. Von diesen vier Spalten bezeichnet die Spalte A Stanno-2-äthylhexoat, die Spalte B Stannooleat,
die Spalte C Dibutylzinndilaurat und die Spalte D Dibutylzinndilaurylmercaptid.
Bei spiel |
Gruppe V Seife | A | B | C | D |
1 | Antimon-tri-2-äthylhexoat | X | |||
2 | Antimon-tri-2-äthylhexoat | X | |||
3 | Antimon-tri-2-äthylhexoat | X | |||
4 | Antimontripelargonat | X | |||
5 | Antimontripelargonat | X | |||
6 | Arsentrioleat | X | |||
7 | Arsentrioleat | X | |||
8 | Arsentrioleat | X | |||
9 | Antimontritallat | X | |||
10 | Antimontritallat | X | |||
11 | Wismut-tri-2-äthylhexoat | X | |||
12 | Wismut-tri-2-äthylhexoat | X | |||
13 | Wismut-tri-2-äthylhexoat | X | |||
14 | Arsentripelargonat | X | |||
15 | Arsentripelargonat | X | |||
16 | Antimontri-(tetrachlorbenzoat) | X | |||
17 | Antimontri-(tetrachlorbenzoat) | X | |||
18 | Antimontri-(tetrachlorbenzoat) | X | |||
19 | Antimontri-(cyclohexyl- | ||||
carboxylat) | X | ||||
20 | Antimontri-(cyclohexyl- | ||||
carboxylat) | X | ||||
21 | Wismuttrioleat | X | |||
22 | Wismuttrioleat | X | |||
23 | Wismuttrioleat | X | |||
24 | Wismuttrioleat | X |
Die Umsetzung setzt sofort ein, wie sich durch die Schaumbildung ergibt. Das zellige Polyurethanprodukt
schäumt und geliert prompt. In der folgenden Tabelle bezeichnet die Treibzeit eine Zeit, in der der
Schaum bis zur maximalen Höhe getrieben hat. Die Wärmeentwicklung wurde durch ein Thermometer im
Schaum bestimmt, das die höchste Temperatur angibt, auf die der Schaum steigt. Unmittelbar nach dem
Schäumen der Masse, also nach etwa 5 Sekunden, wurde ihre Oberfläche mit einem Spatel gekratzt. Die
Gelierungszeit ist durch den Zeitpunkt begrenzt, bei dem nach dem Kratzen die Masse nicht mehr fließt
oder zusammenbackt. Die erhaltenen Gelierungs- und Treibzeiten sind der folgenden Tabelle II zu entnehmen.
50 | Beispiel | Treibzeit | Gelierungszeit | Wärme entwicklung |
Sekunden | Sekunden | "C | ||
1 | 70 | 80 | 110 | |
2*) | 75 | 85 | 113 | |
55 | 3 | 140 | 180 | 112 |
4 | 60 | 70 | 110 | |
5*) | 115 | 150 | 104 | |
6 | 160 | 180 | 93 | |
7*) | 120 | 150 | 93 | |
6o | 8 | 140 | 170 | 107 |
9 | 70 | 80 | 116 | |
10*) | 75 | 85 | 112 | |
11 | 75 | 85 | 110 | |
12 | 150 | 170 | 110 | |
65 | 13 | 115 | 135 | 110 |
14 | 130 | 155 | 104 | |
15 | 115 | 125 | 110 |
*) Jeder Katalysator liegt in einer Menge von 1,0 Teil vor.
Fortsetzung der Tabelle
Beispiel | Treibzeit | Gelierungszeit | Wärme entwicklung |
Sekunden | Sekunden | 0C | |
16 | 100 | 120 | 104 |
17*) | 110 | 120 | 110 |
18 | 140 | 150 | 110 |
19 | 90 | 100 | 113 |
20*) | 70 | 75 | 116 |
21 | 130 | 140 | 110 |
22*) | 85 | 100 | 110 |
23 | 120 | 150 | 104 |
24 | 130 | 150 | 116 |
10
20
*) Jeder Katalysator liegt in einer Menge von 1,0 Teil vor.
Ähnliche Umsetzungen wurden mit anderen PoIyolen
durchgeführt, z. B. einem Polyester der Adipinsäure mit einer Hydroxylzahl 52. Die Schäume sind
den in der Tabelle angegebenen vergleichbar.
Bei einem Vergleichsversuch mit Polyäthertriol und mit einem Gelierungskatalysator aus 0,3 Teilen Stanno-2-äthylhexoat
und mit einem Treibkatalysator aus 0,3 Teilen N-Äthylmorpholin betrugen die Treibzeit
HO Sekunden, die Gelierungszeit 120 Sekunden und as die Wärmeentwicklung HO0C. Bei einem weiteren
Versuch bestand der Gelkatalysator aus 0,3 Teilen Antimqntritallat und der Treibkatalysator aus 0,3 Teilen
N-Äthylmorpholin. Nach 420 Sekunden hat der Schaum noch nicht seine volle Höhe erreicht und auch
keine Gelierungsfestigkeit, d. h., daß das Antimontritallat nicht als Gelierungskatalysator anzusprechen
ist. Ein Vergleich dieser Kontrollversuche mit Beispiel 9 zeigt, daß es möglich ist, zu wesentlich verringerten
Treib- und Gelierungszeiten zu kommen und diese durch Verwendung geringerer Mengen der
Katalysatormischung zu erzielen.
Tabelle II sagt weiterhin, daß die Schäume einwandfrei sind. Sind Treib- oder Gelierungszeiten kürzer als
angegeben, so können sie vergrößert werden durch Verringerung der Menge des Treib- oder Gelierungskatalysators,
und umgekehrt. Diese Schäume sind vollkommen geruchlos und können also z. B. für Kleidungsstücke
verwendet werden.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen durch Umsetzung von Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen mit organischen polyfunktionellen Isocyanaten und Wasser in Anwesenheit von Metallseifen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Katalysatorgemisch verwendet, das außer den als Treibmittel dienenden Antimon-, Wismut- oder Arsenseifen als Gelierungsmittel Zinnverbindungen der FormelnSn(OOCR)2 bzw. R'oSnX&enthält, in denen R bzw. R' Kohlenwasserstoffreste bedeutet und X aus Chlor oder negativen Resten organischer Carbonsäuren, Mercaptide, Alkohole und Ester von Mercaptosäuren besteht und in denen α und b 1, 2 oder 3 sind und die Summe von α und b 4 beträgt.
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