DE1694169A1 - Verfahren zur Herstellung von vernetzten Polyurethanelastomeren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von vernetzten PolyurethanelastomerenInfo
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Description
1694169 FARBENFABRIKEN BAYER AG
LEVERKUSEN-Bnyerwerk
Patent-Abteilung
* 8· Juli ?So7
Verfahren iur Heretelluag von vernetzten Polyurethanelast omeren
Di® Herstellung von vernetzten Polyurethanelastomeren aus
Hydroxylgruppen aufweisenden Polyestern, Dilsocyanaten und
Kettenverlängerern alt zwei reaktionsfähigen Wasserstoffatoaea
1st bekannt. Als Polyester finden in der Regel Proiattte alt
einem Molekulargewicht von 1000 - 3000 Verwendung, die bei Raumtemperatur entweder flüssig sind oder aber einen Erweichungspunkt Ton nur 25 bis etwa 500C aufweisen. Polyester alt
einem höheren Erweichungspunkt werden im allgemeinen deswegen nicht verwendet, weil die Kältebeständigkeit der aus ihnen |
hergestellten Polyurethanelastomeren umso stärker abnimmt, je
höher der Erweichungspunkt der Polyester ist. Serartig· ._...._.„·-■" = '"=;""~
Elastomere verhärten insbesondere bei niederen Temperaturen nach längerem Lagern unter Aufgabe der Elastizität. Dies· Zustandsänderung bei Raumtemperatur oder tiefer Temperatur steht
somit einer technisch ausreichenden Anwendungsbreite derartiger Materialien entgegen.
Le Jl 10 787 - 1 -
10 9823/2U8
überraschenderweise wurde nun aber gefunden, daß sich Polyurethanelastomere
mit bei Raumtemperatur sehr hoher Härte, Schlagfestigkeit und Elastizität, die außerdem nur sehr geringe
IPeuchtigkeitsraengen aufnehmen, also mit geringer Wasserabsorption,
herstellen lassen, wenn als Hydroxyl gruppen-·-auf weisende
Polyester solche verwendet werden,- die wachsartig sind und einen Erweichungspunkt von 60 - 1450C aufweisen, und die
aus nur einer Dicarbonsäure und aus nur einem Stickstofffreien
Glykol mit aliphatisch gebundenen Hydroxylgruppen, wobei eine der beiden Komponenten einen aromatischen oder cycloaliphatischen
Ring enthält, hergestellt worden sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren
zur Herstellung von vernetzten, Polyurethanelastomeren aus einem Hydroxylgruppen aufweisenden Polyester, Diisocyanaten und Glykolen
als Kettenverlängerungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß man als Hydroxylgruppen aufweisenden Polyester einen wachsartigen
Polyester mit einem Erweichungspunkt von 60 - 1450C verwendet,
W der aus nur einer Dicarbonsäure und aus·nur einem Stickstofffreien
Glykol mit aliphatisch gebundenen Hydroxylgruppen, wobei eine der Komponenten einen aromatischen oder cycloaliphatischen
Ring enthält, hergestellt worden ist.
Die Verfahrensprodukte unterscheiden sich von den bisher bekannten
Elastomeren dadurch, daß sie in der Wärme (oberhalb 800C)
wieder weich werden, und daß sie bei hohen Temperaturen eine hohe Elastizität und eine hohe Kerbzähigkeit aufweisen.
te A 10 787 109823/214-8 2 "
1-094169
Diese Zustandsänderung "bei erhöhter Temperatur, die je nach
dem Verwendungszweck der Elastomeren durchaus erwünscht sein kann, läßt sich, falls sie unerwünscht ist, dadurch vermindern,
daß man die erfindungsgemäß verwendeten Polyester mit einem großen Überschuß an Diisocyanaten und Kettenverlängerern umsetzt.
Dadurch werden lange hochkristalline Polyurethansegmente in das Makromolekül eingebaut. Sie "bewirken je nach den angewandten
Mengenverhältnissen, daß die nach dem Verfahren zugänglichen Polyurethanelastomeren nun auch "bei erhöhter Temperatur
ihre Härte beibehalten und die Härteunterschiede bei Raumtempera- ™
tür und erhöhter Temperatur vermindert werden. Das Verfahren
gemäß Erfindung besitzt also eine sehr große technische Anwendungsbreite.
Nach dem vorliegenden Verfahren lassen sich Polyurethanelastomere
mit neuartigen Eigenschaften herstellen, die einerseits durch die Erweichungspunkte der erfindungsgemäß zu verwendenden
wachsartigen Polyester und andererseits durch die angewandten Mengenverhältnisse an Diisocyanaten und Kettenverlängerern be- j
stimmt werden. Durch Abstimmung dieser Paktoren aufeinander gelingt
es, Polyurethanelastomere mit bisher urlbekannten, hochwertigen Eigenschaften herzustellen. Die erfindungsgemäß zu
verwendenden Polyester werden in bekannter Weise durch Veresterung
einer Dicarbonsäure mit einem Stickstoff-freien Glykol
mit aliphatisch gebundenen Hydroxylgruppen, wobei eine der Komponenten einen aromatischen oder cycloaliphatische Ring
enthält, hergestellt. Es kann vorkommen, daß die Veresterungs-
Le A 10 787 - 3 -
10 98.2 3/71 Λ 8
1B94169
Ί ■ ■ · . -
reaktion nicht zu wachsartigen, sondern au harzartigen Produkten führt. Harzartige Polyester sind jedoch tür das Verfahren der
Erfindung ungeeignet. Die daraus erhaltenen Polyurethanelastomere
zeigen kein elastisches Verhalten. Wachsartige Polyester zeigen im Röntgenbild kristalline Struktur (vgl. Angew. Chemie 62 (1950)
Seite .60).
Wachsartige Polyester, die einen Erweichungspunkt von 60 1450C
aufweisen, werden durch Veresterung einer aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäure wie Adipinsäure,
Bernsteinsäure, Sebazinsäure, Cyclohexan-1,4-dicarbonsäure,
Phthalsäure, Iso- und Terephthalsäure mit einem Stickstoff-freien Glykol mit aliphatisch gebundenen Hydroxylgruppen
wie 1,4-Dihydroxycyclohexan, 1,4-Dihydroxymethylcyclohexan,
.Hydrochinon-di-ß-hydroxyäthyläther, 1,6-Hexandiol erhalten.
Eine der Veresterungskomponenten soll einen aromatischen oder
cycloaliphatischen Ring entnalten.
Als Beispiele für erfindungsgemäß zu verwendende Polyester seien genannt:
Polyester aus:
Erweichungspunkt
1,4-Dihydroxymethylcyclohexan 980C
und Adipinsäure, Molekulargewicht ca. 2000
Terephthalsäure-ß-hydroxyäthylester 1280C
und Adipinsäure
Le A 10 787 - 4 -
1 0 9 8 ? 3 / 7 1 L 8
1b94169
p-]£ylylenglylcol 75-770C
iaaeL Adipinsäure
miä Berasteiaaäure
und Sebacinsäure
1,6-Hexandiol 1450C
und Terephthalsäure
1,6-Hexandiol 60-7O0C
und Isophthalsäure
Die erfindungagemäß zu verwendenden Polyester werden in an sich
bekannter Weise mit Diisocyanaten und Glykolen zur Reaktion
gebracht♦ ·
Als Diisocyanate kommen aliphatischen cycloaliphatische, araliphatische und aromatische Diisocyanate wie 1,4-Tetramethyleadiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1-Methylcyclohexan-2,4- und -2,6-diisocyanat und deren Gemische, 4,4'-Diphenyläther-diisocyanat in Frage. Vorzugsweise werden 1,5-Naphthylen-
Ie A 10 787 - 5 -
1098 23/7 1Λ8
BAD
1^94169
diisocyanate 4*4'-Diphenylmethandiisocyanat, m- und p-Phenylendiisocyanat,
2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat sowie Gemische
der isomeren loluylendiisocyanate verwendet. Besonders bevorzugt sind 4f4l-Diphenylmethandiisocyanat und 1,5-Naphthylenaiisocyanat.
Als Kettenverlängerungsmittel in Frage kommende Glykole sind
z.B. 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, 2,.3-Butandiol, p-Phenylendi-ß-hydroxyäthyläther,
p-Xylylenglykol, Naphthalin-di-ß-hydroxyäthyläther,
m-Dioxäthyltoluidin. Als ungesättigte Glykole seien
fe Glycerin-rmonoallyläther, Dimethylol-dihydropyran, 1,4-Butanbis-NjN'-allyl-N^N'-ß-hydroxyäthyluretnan
genannt.
Die Verarbeitung zu elastomeren Produkten kann nach verschiedenen
bekannten Methoden erfolgen. Man kann beispielsweise den Hydroxylgruppen aufweisenden Polyester mit einem Überschuß
an Diisocyanat zur Reaktion bringen und nach der Zugabe des Glykols, von dem man weniger anwendet, als den nach der Umsetzung
des Polyesters mit dem Diisocyanat noch vorhandenen Isocyanatgruppen entspricht, die Schmelze in Formen gießen.
w Nach mehrstündigem Nachheieen ist ein hochwertiger, elastischer
Kunststoff entstanden. .
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1 0 9 8 7 3 / 7 1 A8
Eine weitere Verarbeitungsmöglichkeit besteht darin, daß man
den Polyester im Gemisch mit einem Glykol mit einem tJber-
senuß an Diisocyanat umsetst und das Reaktionsprodukt naoh dtr
Granulierung in der Hitze unter Druck verformt· Je nach den
angewandten Mengenverhältnissen der Reaktionsteilnehmer können
hierbei Polyurethankunstetofte mit verschiedenartigen Härten und
verschiedenartiger Elastizität erhalten werden, wobei mit steinenden Diisocyanat- und Glykolmengen die Härte zunimmt und umgekehrt mit fallenden Diisocyanat- und Glykolraengen die Hart· abaimnrö. Auf diese Weise entstehen vernetzte Kunststoffe, die sich
wie Thermoplasten verarbeiten lassen. Die Verfahrensprodukte
können zur Herstellung von. Formkörpern, die z.B. la Masohinen-
oder Fahrzeugbau Verwendung finden, dienen, z.B. sur Herstellung
von Zahnriemen, Keilriemen, Zahnrädern, Selenkechalen, Dichtungen
und Membranen. Sie können durch übliche Zusätze, z.B. von farbstoffen, Pigmenten oder Füllstoffen, modifiziert werden»
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Ie A 10 787 - 7 -
1ü9416'9
Belegt»! Ί:
500 g eines Polyester» aus 1,4-Dihydroxyiietayleyölohexaa und
Adipinsäure rom Molekulargewicht 1980 w©£d®iä, bei HO0G alt
200 g 4,4I-Diphenylmethattdiieocyanat vermischt. Hach 5 Mietet©®.
unter Yakuum werden 100 g bei 1150C Aufgeschmolzener p-
£«hytiiEKyäägilSther eingetragen. Die klare Setnasslze kann Bit
Sopfztit toe 2 Minuten in Foraen τοη 1200G Tergossen werden.
^ 10 Minuten werden die Gießteile entnoraaen und durch Hacht@apere
bei 1150C in 36 Stunden fertigrernetct.
Die Zugfestigkeit beträgt bei Rauatemperatur 290 kg/cra ,
die Bruchdehnung 375 #* '
die atoßelastiEltät
die atoßelastiEltät
die Shore-Härte A bei Raumtemperatur 99 und der
Abriebrerlust 39 mnr5.
Der Bruckrerfornungsrest liegt bei Raumtemperatur bei 30 i*
bei 7O0C bei 54 $ und bei 10O0C bei 68 $.
P Kerbzähigkeit nach der Flehermethode 122 kp/cm.
Bei 7O0C bew. 14O0C werden folgende physikalischen Eigenschaft
gemessen:
Zugfestigkeiti 270 bzw. 230 kp/cm2
Bruchdehnung: 410 bzw. 440 ^
Stoßelastiaität: 45 biw. 53 1>
Shore-Härte A: 97 bzw. 94
AbriebTtrlust: 55 bzw. 80
Kerbzähigkeit: 105 bzw. 82 kp/cm
109823/2 U8
L« A 10 787 - 8 - BAD
L« A 10 787 - 8 - BAD
ilaetisItätsBodul in kp/ow* beträgt bei
1G 20 000
-2O0O 20 000
0®ö 16 000
+20®0 ' ■ ' ' 7 000
4·70@Ο 2 000
1 200 . .
Im Sehlagrersuch. wird bei allen Temperaturen oberhalb -(100C
kaia Bruch feat ge β teilt.
Die Gewichtszunahme bei Lagerung in Wasser bis zur Konstant
ergibt bei Raumtemperatur 0,2 jt, bei 700C 0,3 Jt und bei 900C
0,35 Jt.
200 g eines aus Hexandiol uad Isophthalsäure hergestellten
Polyesters vom Molekulargewicht 2000, OH-Zahl 56, Säure-Zahl 1,
mit einem Erweichungspunkt von b5 - 70° werden bei 1400C mit
80 g 4»4'-Diphenyltnethandiisocyanat vermischt. Nach 5 Minuten
unter Vakuum bei 1300G werden 18 g 1,4-Butandiol unter gutem
Rühren zugesetzt, una es wird in Formen vergossen. Nach 10 Minuten
können die Gießteile entformt werden. Sie werden 24 Stunden bei 1000C nachgeheizt und besitzen die folgenden mechanischen Eigenschaften:
Le A 10 787 - 9 -
Le A 10 787 - 9 -
10 9 8 2 3/7 U8
BAD
Zugfestigkeit "bei Raumtemperatur: 248 kp/cm2
" " 700C: 130 kp/cm2
"' " 1200C: 80 kp/cm2
Shore-Härte bei Raumtemperatur Skala D: 78
» » » 700C: 40
" » " 1200C: 25
Beispiel 3: -»
Unter den i"d Beispiel 2 angegebenen Bedingungen werden
200 g Hexandiol-Isophthalsäurepolyester, OH-Zahl 56,
Säurezahl 1
80 g 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 40 g p-Phenylen-ß-dihydroxyäthylather
umgesetzt.
Die erhaltenen Gleitkörper besitzen die folgenden Eigenschaften:
Die erhaltenen Gleitkörper besitzen die folgenden Eigenschaften:
W Il
Il Il
inperatur: ■ | 308 kp/cm2 |
700C: | ο 1yO kp/cm |
12O0C: | 8U kp/cm2 |
Raumtemperatur: | 78 |
700C: | bO |
12O0C: | 35 |
Unter den in Beispiel 1 erwähnten Bedingungen werden 200 g
eines aus p-Phenylen-bis-ß-hydroxyäthyläther und Adipinsäure
10 787 109823/2Ua0" ;
BAD OFieiNAL
694169
hergestellten Polyesters mit der OH-Zahl 53 und der Säurezahl 1,6
und einem Erweichungspunkt von 142° mit 80 g 4,4I-Diphenylmethanaiisocyanat
und 18,b g 1,4-Butandiol umgesetzt.
Die erhaltenen Gießkörper besitzen folgende mechanische Eigenschaften.
Zugfestigkeit bei Raumtemperatur: 278 kp/cm .
11 " 7O0C-: 185 kp/cm2
» " 1200C: 110 kp/cm2
Shore-Härte Skala D bei Raumtemperatur; 68
η it H H Ii 7O0C: 37
■ι ir it η π 1200C: 22
Le A 10 787 - 11 -
10 9 8 2 3/2148
Claims (1)
- Patentanspruch;Verfahren zur Herstellung von vernetzten Polyurethanelastomeren aus einem Hydroxylgruppen aufweisenden Polyester, Diisocyanaten und Glykolen. als Kettenverlängerungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß man als Hydroxylgruppen aufweisenden Polyester einent wachsartigen Polyester mit einem Erweichungspunkt von 60 - 1450C verwendet, der aus nur einer Dicarbonsäure und aus nur einem Stickstoff-freien Grlykol mit aliphatisch gebundenen Hydroxylgruppen, wobei eine der beiden ,Komponenten einen aromatischen odercycloaliphatischeη Ring enthält, hergestellt worden ist.Le A 10 787 ' - 12 -109823/2U8
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHV | Ceased/renunciation |