DE1300691B - Verfahren zur Herstellung von lagerfaehigen, allein durch Waerme und Druck verformbaren thermoplastischen Polyurethanen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von lagerfaehigen, allein durch Waerme und Druck verformbaren thermoplastischen PolyurethanenInfo
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Description
Es ist bekannt, aus hochmolekularen Verbindungen Im wesentlichen lineare Polyhydroxylverbindungen
mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, organischen mit einem Molekulargewicht von mindestens 600 sind
Diisocyanaten und Kettenverlängerungsmitteln Poly- insbesondere die für das Isocyanat-Polyadditionsurethane
herzustellen. Man hat sich auch bereits be- verfahren bekannten Polyester, Polyäther, Polythiomüht,
das Reaktionsgemisch in geeigneter Form z. B. 5 äther, Polyesteramide und Polyacetale. Sie sollen eine
auf eine Unterlage zu bringen oder zu gießen und die Hydroxylzahl von 20 bis 190, bevorzugt zwischen
Reaktion bis zur Verfestigung des Reaktionsgemisches, 30 und 70, und eine Säurezahl von weniger als 2 haben,
jedoch nicht bis zur Aushärtung, fortzuführen, sondern Als Diisocyanate finden die für das Isocyanat-Polyin
diesem thermoplastischen Zustand zu unterbrechen. additionsverfahren bekannten aliphatischen, aromati-Zu
einer späteren Zeit läßt sich das erhaltene, gegebe- io sehen, acyclischen und heterocyclischen Diisocyanate
nenfalls zerkleinerte lagerfähige Polyurethan allein Verwendung, z. B. Äthylendiisocyanat,Äthylidendiisodurch
Wärme und Druck formgebend bearbeiten. cyanat, Propylendiisocyanat, Butylendiisocyanat, Cyclo-
Es ist auch bekannt, als Kettenverlängerer eine pentylen -1,3 - diisocyanat, CyclohexyIen -1,4 - diiso-Mischung
einer bifunktionellen Verbindung mit reak- cyanat, Cyclohexylen-l,2-diisocyanat, 2,4-Toluylentionsfähigen
Wasserstoffatomen mit einem drei- oder 15 diisocyanat, 2,6-ToluyIendiisocyanat, 4,4'-Diphenylhöherwertigen
Alkohol einzusetzen, wobei Produkte methandiisocyanat, 2,2 -Diphenylpropan -4,4'- diisomit
verbesserter Zugfestigkeit, Dehnungsmodul und cyanat, ρ - Phenylendiisocyanat, m - Phenylendiiso-Zerreißfestigkeit,
aber auch mit verbesserter Lösungs- cyanat, Xylylendiisocyanat, 1,4 - Naphthylendiisomittelbeständigkeitund
bleibender Dehnung entstehen. cyanat, 1,5-Naphthylendiisocyanat, 4,4'-Diphenyldi-Es
ist jedoch notwendig, dieses Verfahren unter ständi- so isocyanat, 4,4'-Azobenzoldiisocyanat, 4,4'-Diphenylger
genauer Kontrolle durchzuführen und die Reak- sulfondiisocyanat, Dichlorhexamethylendiisocyanat,
tion im richtigen Zeitpunkt zu unterbrechen, da ein Tetramethylendiisocyanat, Pentamethylendiisocyanat,
Weitergehen der Reaktion eines PoIyesterdiisocyanatS Hexamethylendiisocyanat, 1-Chlorbenzol-2,4-diisomit
einem TrimethyIolpropan enthaltenden Ketten- cyanat, Furfurylidendiisocyanat. verlängerer auch nur in einzelnen Segmenten der Masse 25 Die eingesetzte Diisocyanatmenge führt zweckmäßig
zu erheblichen Defekten im Endprodukt und zu be- zu einem Verhältnis der NCO-Gruppe zu den reakträchtlichem
Ausschuß bei der thermoplastischen tionsfähigen Wasserstoffatomen im gesamten Reak-Verarbeitung
etwa im Spritzguß oder beim Extrudieren tionsgemisch von 0,95 bis 1,15. Die besten mechaniführt.
Auch wird durch unbeabsichtigtes Vernetzen sehen Eigenschaften werden indessen erhalten, wenn
während der Lagerung die Lagerfähigkeit des Poly- 30 das Diisocyanat in geringem Uberschuß, also etwa in
urethans beeinflußt. einem Verhältnis von 1,01 bis 1,15, bezogen auf alle
Gegenstand des beanspruchten Verfahrens ist die reaktionsfähigen Gruppen der höhermolekularen VerHerstellung
von lagerfähigen, allein durch Wärme und bindung und der Kettenverlängerungsmittel, vorliegt.
Druck verformbaren thermoplastischen Polyurethanen Für hellere Produkte, möglicherweise auf Kosten der
aus a) im wesentlichen linearen Polyhydroxylverbin- 35 physikalischen Eigenschaften, wählt man besser ein
düngen mit einem Molekulargewicht von mindestens Verhältnis von 0,95 bis 1,00. 600, b) Diisocyanaten und c) Kettenverlängerungs- Die bifunktionellen Kettenverlängerungsmittel mit
mitteln mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen. Es reaktionsfähigen Wasserstoffatomen sollen im wesentist
dadurch gekennzeichnet, daß man als Kettenver- liehen ein Molekulargewicht unter 300 haben. Zu
längerungsmittel ein Gemisch aus einer bifunktionellen 40 ihnen zählen in erster^ Linie Glykole, Diamine und
Verbindung mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen Aminoalkohole, wie Äthylenglykol, Propylenglykol,
und aus einem dreiwertigen Alkohol mit ausschließlich Butylenglykol, 1,4-Butandiol, Butendiol, Butindiol,
sekundären Hydroxylgruppen verwendet. Vorzugs- Xylylenglykole, Amylenglykole, 1,4-Phenylen-bisweise
wird der dreiwertige Alkohol in einer solchen /J-hydroxyäthyläther, 1,3-Phenylen-bis-ß-hydroxy-Menge
eingesetzt, daß im Endprodukt auf ein Teil- 45 äthyläther, bis-(Hydroxymethyl-cyclohexan), Hexanmolekulargewicht
des Endproduktes von 5000 bis diol, Thiodiglykol, Äthylendiamin, Propylendiamin,
100 000, vorzugsweise von 10 000 bis 50 000 und Butylendiamin, Hexamethylendiamin, Cyclohexylenbesonders
etwa um 25 000, eine Verzweigungsstelle diamin, Phenylendiamin, ToIuylendiamin5 XylyIenentfällt.
Rechnerisch bedeutet das, daß das auf eine diamin, 3,3'-Dichlorbenzidin5 3,3'-Dinitrobenzidin,
Verzweigungsstelle bezogene Teilmolekulargewicht 5° Äthanolamin, Aminopropylalkohol, 2,2-Dimethyldem
Molekulargewicht des Polyurethans, geteilt durch propanolamin, 3-AminocycIohexylalkohol, ρ-Aminodie
verwendete Anzahl Mol an dreiwertigem Alkohol, benzylalkohol. Weitere Kettenverlängerungsmittel sind
korrigiert um eventuelle Abweichungen von der z. B. in den USA.-Patentschriften 2 620 516, 2 621166
Äquivalenz der Menge der NCO-Gruppen zu den und 2 729 618 genannt.
reaktionsfähigen Wasserstoffatomen insgesamt ent- 55 Zu den dreiwertigen Alkoholen mit ausschließlich
spricht. Das bedeutet praktisch, daß der dreiwertige sekundären Hydroxylgruppen zählen z. B. 1,3,5-Tri-Alkohol
zweckmäßig zu 0,2 bis 10 Gewichtsprozent, hydroxycyclohexan, ferner die Additionsprodukte von
bezogen auf die im wesentlichen linearen Poly- Alkylenoxyden, die sekundäre Hydroxylgruppen Iiehydroxylverbindungen
mit einem Molekulargewicht fern, z. B. Propylenoxyd an trifunktionelle Verbindunvon
mindestens 600, und bevorzugt zu 0,4 bis 1,2 Ge- 60 gen wie Ammoniak, Trimethylolpropan, Glycerin, Triwichtsprozent
verwendet wird, wenn der dreiwertige methyloläfhan, 1,2,6-Hexantriol, Aminoäfhylalkohol,
Alkohol ein Molekulargewicht von etwa 400 hat. Aminopropylalkohol, Aminobutylalkohol, Amino-Anders
ausgedrückt läßt sich sagen, daß der dreiwertige amylalkohol, Aminocyclohexylalkohol, Aminophenol,
Alkohol in einer Menge von 0,0005 Mol bis 0,025 Mol Aminokresol, Aminoxylylenalkohol. Ferner die ent-
und bevorzugt von 0,001 bis 0,013 Mol pro 100 Teile 65 sprechenden Additionsprodukte des Butylenoxyds
der im wesentlichen linearen Polyhydroxylverbindun- oder des Styroloxyds. Natürlich müssen mindestens
gen mit einem Molekulargewicht von mindestens 600 3 Mol Alkylenoxyd angelagert sein. Besonders ereingesetzt
werden soll. wähnenswert als dreiwertiger Alkohol ist das Reak.
tionsprodukt von 1 Mol Trimethylolpropan mit 5 Mol 200 Sekunden nach Injektion entnommen werden. An-
Propylenoxyd. schließend kann der Formartikel nachgehärtet werden,
Als dreiwertiger Alkohol kommen auch Fettsäure- wobei er mehrere Stunden oder sogar mehrere Tage bei
triglyceride mit drei sekundären Hydroxylgruppen in erhöhter Temperatur verbleibt.
Betracht, z. B. Ricinusöl und die Triglyceride von ge- 5 Das Material kann insbesondere auch zu Fasern und
blasenen Ölen wie Tungöl, Leinöl, Mohnöl, Hanföl Fäden extrudiert werden, die eine hohe Zerreißfestig-
und Sojaöl; ferner auch Polyester aus einem drei- keit in der Größenordnung von 350 kg/cma haben. Die
wertigen Alkohol wie Trimethylolpropan, Glycerin, Fäden lassen sich durch Aushärten unter Spannung
Trimethyloläthan und 1,2,6-Hexantriol und aus einer orientieren, wobei die Zerreißfestigkeit bis zu einer
Hydroxycarbonsäure, deren Hydroxylgruppen sekun- io Größenordnung von 910 kg/cma gesteigert wird. Auch
därer Natur sind, z. B. Milchsäure, Hydroxybutter- die Dehnung der Fäden wird durch Orientierung von
säure, Hydroxyvaleriansäure, Hydroxycapronsäure etwa 600 bis auf etwa 150% verringert. Die bleibende
und Mandelsäure. Dehnung der orientierten Fäden ist etwa 0 %, während
Die Komponenten können gemeinsam zusammen- die der nichtorientierten Fäden 60% und mehr betragen
gemischt werden, man kann aber auch zunächst die 15 kann.
Polyhydroxylverbindung und das Kettenverlängerungs- Die thermoplastischen, allein durch Wärme und
mittel zusammengeben und dann das Isocyanat zu- Druck verformbaren Polyurethane können Farbstoffe
setzen. Schließlich kann man aber auch die Poly- und Pigmente enthalten, wodurch man gefärbte Formhydroxylverbindung
zunächst mit dem Diisocyanat zu artikel erhält. So kann man z. B. durch Extrudieren
einem NCO-Gruppen aufweisenden Produkt vor- 20 den Farbstoff in das Polyurethan verteilen und anreagieren
lassen und dann das Kettenverlängerungs- schließend durch Pressen, Spritzgießen oder erneutes
mittel zufügen. Im allgemeinen ist es sinnvoll, die Extrudieren endgültig verformen. Füllstoffe können
Komponenten einzeln zuvor auf etwa 60 bis 135° C zu auf die gleiche Weise eingebracht werden,
erwärmen. Die aus den thermoplastischen Polyurethanen erhal-
Falls das Material zu viskos wird, empfiehlt sich der 45 tenen Formartikel lassen sich in allen Bereichen verZusatz
einer kleinen Menge, etwa 0,001 bis 0,5 Teile wenden, wo Elastomere erwünscht sind. Sie eignen
auf 100 Teile Polyhydroxylverbindung, an Säure, z. B. sich z. B. zur Schwingungsdämpfung, z. B. bei der
Zitronensäure. Man kann auch Katalysatoren, etwa Motorlagerung. Fasern und Fäden sind geeignet für
die bekannten tertiären Amine oder organischen Zinn- das Bekleidungsgewerbe, insbesondere für Gürtel und
verbindungen, zusetzen. 3° elastische Strümpfe.
Man breitet das flüssige Reaktionsgemisch zweck- Die in den Beispielen angegebenen Teile sind
mäßig auf einer Unterlage oder in einer flachen Form Gewichtsteile,
aus, die üblicherweise zuvor auf 60 bis 135° C erwärmt Beispiel 1
wird. Die Masse bleibt dort bis zur Verfestigung und
wird dann abgenommen und gegebenenfalls zerkleinert. 35 100 Teile eines linearen Polyesters (MolekularEin
Formtrennmittel erleichtert das Ablösen des gewicht 2000;_ OH-Zahl 56; Säurezahl 1,5), hergestellt
thermoplastischen Polyurethans von der Unterlage. aus 11 Mol Äthylenglykol und 10 Mol Adipinsäure,
Man zerteilt es rechtzeitig, um sein Ablösen von der werden auf IOO0C erwärmt und mit 40 Teilen ^'-Di-Unterlage
zu erleichtern. Das lagerfähige thermo- phenylmethandiisocyanat, 9,2 Teilen 1,4-Butandiol
plastische Polyurethan läßt sich durch Schneiden, 40 und 0,96 Teilen des Additionsproduktes aus 5 Mol
Schnitzeln oder Mahlen beliebig zerkleinern und meh- Propylenoxyd an 1 Mol Trimethylolpropan vermischt,
rere Wochen aufbewahren, bei geeigneter Kühlung Alle Komponenten werden einzeln zuvor auf IOO0C
sogar wesentlich länger. erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird auf einen auf Die formgebende Verarbeitung der Verfahrens- IOO0C erwärmten Tisch gegossen, bis es fest wird. Es
produkte erfolgt nach der für thermoplastische Kunst- 45 ist durchaus möglich, das Material noch mehrere Mistoffe
üblichen Weise durch Spritzguß, Extrusion oder nuten nach der Verfestigung ohne Schaden auf dem
Pressen. Tisch zu lassen. Im Vergleichsfall der Verwendung von Beim Extrudieren wird das Material bei Raum- Trimethylolpropan als Kettenverlängerungsmittel antemperatur
in den Einfülltrichter des Extruders gege- statt des mehrwertigen Alkohols mit ausschließlich
ben. Im Extruder wird die Temperatur des Materials 50 sekundären Hydroxylgruppen ist es unumgänglich
auf etwa 93 bis 232° C gehalten. Der Verdichtungsgrad nötig, das Material von der erwärmten Unterlage zu
der Extruderschraube kann 3:1 oder höher sein. Die entfernen und zu kühlen, sobald es fest geworden ist.
Schraube kann einen konstanten Gang mit variablem Das Material läßt sich mehrere Wochen lagern, zer-Schraubenkern
haben. Das extrudierte Formteil wird kleinern und in üblicher Weise thermoplastisch allein
z. B. für 12 bis 24 Stunden bei 100 bis IlO0C gehärtet. 55 unter Anwendung von Wärme und Druck zu Form-Wenn
das in Klumpen geschnitzelte Material form- artikeln verformen, gebend verpreßt werden soll, werden die Stücke in eine Beispiel 2
auf etwa 122 bis 205° C vorgewärmte Form gegeben.
Dort werden sie 2 Minuten unter hohem Druck ver- 100 Teile eines linearen Polyesters (Molekularpreßt.
Die Form wird dann auf unter 122° C noch 60 gewicht 2000; OH-Zahl 56; Säurezahl 1,5), hergestellt
unter Druck gekühlt. Der schließlich der Form ent- aus 11 Mol 1,4-Butandiol und 10 Mol Adipinsäure,
nommene Formartikel wird anschließend für 12 bis werden auf 60° C erwärmt und mit 9,2 Teilen 1,4-Butan-24
Stunden bei IlO0C ausgeheizt. diol und 3,3 Teilen gereinigtem Ricinusöl vermischt.
In der Spritzgußtechnik wird der Zylinder der Spritz- Man erwärmt auf 60° C und setzt 40 Teile ebenfalls auf
vorrichtung, durch die das Material in das Forminnere 65 60° C erwärmtes 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat zu.
befördert wird, auf einer Temperatur von etwa 93 bis Das Gemisch wird auf einen auf IOO0C erwärmten
260° C gehalten. Das Forminnere selbst kann auf 5 bis Tisch gegossen, auf dem es sich verfestigt. Man kann
60° C gehalten werden. Der Formartikel kann in 5 bis den Verfestigungspunkt mehrere Minuten ohne Scha-
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von lagerfähigen, allein durch Wärme und Druck verformbaren
thermoplastischen Polyurethanen aus a) im wesentliehen linearen Polyhydroxyverbindungen mit
einem Molekulargewicht von mindestens 600, b) Diisocyanaten und c) Kettenverlängerungsmitteln
mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, dadurch gekennzeichnet, daß man
als Kettenverlängerungsmittel ein Gemisch aus einer bifunktionellen Verbindung mit reaktionsfähigen
Wasserstoffatomen und aus einem dreiwertigen Alkohol mit ausschließlich sekundären
Hydroxylgruppen verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dreiwertige Alkohol in einer
Menge von 0,0005 bis 0,025 Mol pro 100 Teile der im wesentlichen linearen Polyhydroxylverbindung
mit einem Molekulargewicht von mindestens 600 verwendet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als dreiwertiger
Alkohol das Additionsprodukt von 5 Mol Propylenoxyd an 1 Mol Trimethylolpropan verwendet wird.
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