DE1694219A1 - Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen - Google Patents

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

LEVEKKUSEN-Beyexwwk 7. NOV. 1967 PtteatAbteUuni Hb/Me.

Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen

Urethangruppen enthaltende Schaumstoffe mit den verschiedenartigsten physikalischen Eigenschaften werden nach dem Isocyanat-Polyadditionsverfahren aus Verbindungen mit mehreren aktiven Wasserstoffatomen, insbesondere Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen enthaltenden Verbindungen, und Polyisocyanaten unter Verwendung von Wasser, Aktivatoren, Emulgatoren und anderen Zusatzstoffen seit langem in technischem Maßstäbe hergestellt (Angewandte Chemie, A 59 (1948), S. 257; Taschenbuch "Bayer-Kunststoffe", 1955). Es ist nach dieser Verfahrensweise möglich, bei geeigneter Wahl der Komponenten sowohl elastische als auch starre Schaumstoffe bzw. alle zwischen diesen Gruppen liegenden Varianten, herzustellen.

Schaumstoffe auf Polyisocyanat-Basis werden vorzugsweise durch Vermischen flüssiger Komponenten hergestellt, wobei man die miteinander umzusetzenden Ausgangsmaterialien ent-

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weder gleichzeitig zusammenmischt (Einstufenverfahren) oder aber zunächst aus einer Polyhydroxylverbindung mit einem Überschuß an Polyisocyanat ein NCO-Oruppen enthaltendes Voraddukt herstellt, welches dann in einem zweiten Arbeitsgang mit Wasser in den Schaumstoff übergeführt wird (Zweis tufenverfahren).

Bei der Herstellung von Schaumstoffen auf der Basis von Polyalkylenglykoläther nach dem Einstufenverfahren ist es erforderlich, geeignete Katalysatorsysteme aus tertiären Aminen und zinnorganischen Verbindungen anzuwenden. Sie sind wichtig, um die verschiedenen nebeneinander ablaufenden Reaktionen aufeinander abzustimmen. Zu nennen wäre hier die Umsetzung zwischen den Hydroxylgruppen und den Isοcyanat-Gruppen und die Reaktion zwischen dem Wasser und den Isocyanat-Gruppen. Hinzu kommen noch Vernetzungsreaktionen unter Bildung von Biuret- und Allophanat-Strukturen. Alle diese Umsetzungen setzen sofort beim Zusammentritt der Komponenten ein. Da durch die Wahl geeigneter Katalysatoren alleine eine Steuerung und Abstimmung der einzelnen Reaktionsabläufe nicht sicher gewährleistet ist, wird bei der Herstellung der Schaumstoffe im Einstufenverfahren durch die Mitverwendung von Organopolysiloxanen eine Stabilisierung der schäumenden Mischung durchgeführt.

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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen durch Umsetzung von Polyhydroxylverbindungen, insbesondere von Polyalkylenglykoläthern mit Diisocyanates insbesondere modifizierte» Diphenylmethandiisocyanat und Wasser in einem Arbeitsgang, durch die gleichzeitige Zugabe von Vernetzern ein ausgewogenes Reaktionsgleichgewicht zwischen Treib- und Vernetzungsreaktion erreicht wird, welches die übliche Mitverwendung von zinnorganischen Verbindungen als Katalysatoren und Qrganopolysiloxanen als Schaumstabilisatoren überflüssig macht. Es wurde weiter gefunden, daß bei der Wahl entsprechender Kombinationen ein so schneller gleichzeitiger Ablauf der Reaktionen erfolgt, daß bereits nach wenigen Minuten die wichtigsten Reaktionen abgelaufen sind und ein technisch einwandfreier Schaumstoff erhalten wird, wobei die Zufuhr äußerer Wärme nicht notwendig ist. Dies ermöglicht z. B. die Herstellung von Formteilen aus Polyurethanschauin in wenigen Minuten, ohne daß eine zusätzliche Aushärtung der Formteile bei höheren Temperaturen durchgeführt werden muß.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur einstufigen Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen durch Umsetzung von Polyhydroxylverbindungen, Polyisocyanaten und Wasser ohne Mitverwendung von zinnorganischen Katalysatoren und Organopolysiloxanen als Schaumstabilisatoren, dadurch gekennzeichnet, daß niedermolekulare Verbindungen mit reaktions-

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lähigeri Wa,-. .err. toff atomen aiii Verii'.'tzer mitverwendet werden.

' \a i ■·: vjx/'y J t.Mglyküläther sind für die Schaumstoffherstellung Mfij ■ i1oi e "./ptl. uet'ignet, Üenannt seien durch Polymerisation von Ai-Kyleaux iden, wie ÄthyJtnoxJd, Propylenoxid, Butylenoxid, Ifiti ahydi'oi'ui'fji gewordene lineare Polyalkylenglykolather verschiedenen Molekulargewichts. Auch Mischpolymerisate können verwendet werden« Die EigermcifM'ten der Endprodukte werden dadurch oft in bemerkenswerter Wuiüe verändert. Geeignet sind ferner durch Anlagerung der genannten Alkylenoxide an z. B. polyfunktli.nel ί.** Alkohole, Aminoalkohole oder Amine gewonnene lineare oder ve*-zweigte Anlagerungsprod\ikte. Als polyfunktionelle Komponenten für die Addition ·:«.■?· Alkylenoxide seien Äthylen- »jlyki.-J, ', ^-Pi'oi.ylenglykol, Trimuthylolpropan, Butandiol-il,k), (ijycerin, Hexantriol, Äthanolamin, Diäthanoiamin, Triethanolamin f-jwie Alkylendiamine vom Typ Äthylendiamin genannt. Selbstverständlich können auch Gemische linearer oder verzweigter Alkylem/Jykoläther verschiedenen Typs eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind Poiyalkylenglykoläther mit wesentlichen Anteilen an primären Hydroxylgruppen.

Als niedermolekulare Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen als Vernetzer können z. B. folgende Verbindungen mit den oben angeführten Polyalkylenglykoläthern vermischt werden: Äthylenglykol, Di- und Triäthylenglykol, 1,2-Propylenglykol,

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1,.5-PropylengLykol, I,4~DutylenglykoL, TrlmethyLoLpropan, Glycerin, Hexantrlol, Diethanolamin, TrLäthati jlaniLn. Bevor zugt sind beispielsweise 1,4-ButandioL, 'LVlmethylolpropan und TrilithanoLamin. Auch in Mischung mit Polyestern kann dl« Verschäumung erfolgen.

ALa Polyisocyanat ist bevorzugt eine flüssige Mischung aus DlphenyLntithan-^j^'-diifiocyanat mit bia zu ^c30 $, bevorzugt biJ zu Lt>/6> dea Adduktes (Urethonlmin) aus Dipheriylmethan-ty^l·¹ dLLijooyanat an eLn durch Decarboxylierung aua 2 MoL dea gleichen oder eines anderen Diisocyanate erhaLtenen Carbodiimides α Auoh Mischungen von Diphenylmethan-4,k*-dlisocyanat mit Carbodiimiden bzw. Urethonimlnen sind zu erwähnen.

Auch die Mischung mit Diphenylmethan-2,4¹-diisocyanat und/oder ToLuyLen-2,4- oder -2,6-diisocyanat ergLbt Schaumstoffe mit guten mechanischen Eigenschaften.

Die üchaumstoffhersteLLung selbst erfolgt im übrigen vöLLig in der bekannten Verfahrensweise bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen durch einfaches Mischen der Komponenten,

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. j _{0 C) f}. j _{}i (/} , ₁

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Be!spiel 1

'j'tl OöWiuhvKteiLe eines AdduKtus von Propylenoxid vmd Äthylenoxid dti Trlmethy U>1propan (OH-Zahl 37), 6 Gewichtstelle Butandlol-(l,4), -2 Ciewichtiiteile Wasser uuu u,^ Gewichtsteile TrI-äthylendlamin werden miteinander gemischt und mit 60 Qewichtsteilen Diphen/Lmethandllsocyaiiut (enthaltend 5 1> des aus 2 Mol DlphenyLinetharuliisoüyariat eiTiültenen Carbodiimids) zur Reaktion gebracht. Man erhält einen °c;h:xumstoff mit folgenden mechanischen Eigenschaften:

RaunigKWicht ' 55

nach

Zugfestigkeit 2 kp/cm¹¹"

nach DIN ^C3J5 571

Bruchdehnung 200 Ji

nach DIN 53 571

Stauohhiirte bei 120 p/cm
50 Jß Zusammendrlickung
nach DIN 55 577

FUlLt man dLe reagierende Mischung in Formen ein, k?5nnen die Form¹..·ILe bei «Lner Formtemperatur von ca. JO C bereits nach 4 - 5 Minuten KLebfrul entnommen werden.

Beispiel. 2

LoO aewlchtstellti cities Adduktaa von Propylenoxid und Äthylen-

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oxid an Propandiol-(l,2) (OH-Zahl 27) werden mit 4 Gewiciitsteilen Trimethylolpropan, 2 Gewichts te 11 en Wasser und 0,5 Gewichtsteilen Triäthylendiamin vermischt und niit 48 Gewi entstellen Diphenylmethandiisocyanat (enthaltend 10 % des aus 2 Mol Diphenylmethandiisocyanat erhaltenen Carbodiimids) umgesetzt. Es resultiert ein Schaumstoff im Raumgewicht von ca. 50 kg/m , der sich durch eine hohe mechanische Festigkeit auszeichnet und daher zur Herstellung von Sitzpolstern für Automobile besonders geeignet ist.

Beispiel 3

85 Gewichtsteile eines Adduktes aus Propylenoxid und Äthylenoxid an Propandiol-(l,2) (OH-Zahl 27) werden mit 5 Gewichtsteilen Triethanolamin, 5 Gewichtsteilen eines Polyesters (OH-Zahl 38Ο), 2 Gewichtsteilen Wasser und 0,5 Gewichtsteilen eines tertiären Amins vom Piperazintyp vermischt und mit 57 Gewichtsteilen Diphenylmethandiisocyanat (enthaltend 15 % des aus 2 Mol Diphenylmethandiisocyanat erhaltenen Carbodiimids) verschäumt. Man erhält einen Schaumstoff vom Raumgewicht 55 kg/nr und, in Formen verschäumt, Formteile, welche sich nach 5-5 Minuten entformen lassen. Der Schaumstoff besitzt ein hohes Energieaufnahmevermögen und ist daher zur Herstellung von Schutzpolstern für Automobile besonders geeignet.

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Claims (3)

Patentansprüche

1.) Verfahren zur einstufigen Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen durch Umsetzung von Polyhydroxylverbindungen, Polyisocyanaten und Wasser ohne Mitverwendung von zinnorganischen Katalysatoren und Organopolysiloxanen als Schaumstabilisatoren, dadurch gekennzeichnet, daß niedermolekulare Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen als Vernetzer mitverwendet werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1·), dadurch gekennzeichnet, daß Polyalkylenglykoläther mit bevorzugt primären Hydroxylgruppen verwendet werden.

3.) Verfahren nach Anspruch 1.) und 2.), dadurch gekennzeichnet, daß als Vernetzer Verbindungen mit primären Hydroxylgruppen, wie z. B. Butandiol-(l,4), Trimethylolpropan und/oder Triäthanolamin verwendet werden.

H.) Verfahren nach Anspruch 1.) bis 3.), dadurch gekennzeichnet, daß als Dlisocyanat ein mit Carbodiimiden bzw. Urethoniminen versetztes oder Carbodiimid- bzw. Urethonimingruppen enthaltendes Dlphenylmethandiisocyanat verwendet wird.

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