DE1694169A1 - Verfahren zur Herstellung von vernetzten Polyurethanelastomeren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von vernetzten Polyurethanelastomeren

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DE1694169A1 DE1967F0053001 DEF0053001A DE1694169A1 DE 1694169 A1 DE1694169 A1 DE 1694169A1 DE 1967F0053001 DE1967F0053001 DE 1967F0053001 DE F0053001 A DEF0053001 A DE F0053001A DE 1694169 A1 DE1694169 A1 DE 1694169A1
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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 "
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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-
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10 98.2 3/71 Λ 8
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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
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1 0 9 8 ? 3 / 7 1 L 8
1b94169
p-]£ylylenglylcol 75-770C
iaaeL Adipinsäure
Hyfeoehlnoa-di-ß-hydroxyathyläther 1420C WMk Adipinsäure I^-Dihydroxymethylcyclohexan 1060C
miä Berasteiaaäure
Ij^-Dihydroxymethylcyelohexan, 6U0C
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-
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BAD
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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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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 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
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.
Beispiel 2;
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:
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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:
W Il Il Il
inperatur: ■ 308 kp/cm2
700C: ο
1yO kp/cm
12O0C: 8U kp/cm2
Raumtemperatur: 78
700C: bO
12O0C: 35
Beispiel 4:
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)

  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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