DE19533164A1

DE19533164A1 - Niedrigviskose Polymerpolyole, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen

Info

Publication number: DE19533164A1
Application number: DE19533164A
Authority: DE
Inventors: Josef Dr Sanders; Mark Dr Kratz; Manfred Dr Dietrich; Torsten Dr Heinemann; Helmut Dr Woynar; Gundolf Dr Jacobs; Uwe Dr Scholz
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 1996-09-12
Also published as: US5554662A; DE59607908D1; KR100419809B1; KR960034262A; TW343980B

Description

Unter Polymerpolyolen sind im Rahmen der Erfindung Produkte zu verstehen, die durch Polymerisation ethylenisch ungesättigter Verbindungen in Polyetherpolyolen ("Basispolyolen") erhalten werden können. Diese können z. B. zur Herstellung von Polyurethan-Weichschaumstoffen verwendet werden. Hauptsächlich eingesetzte ethylenisch ungesättigte Verbindungen sind die Monomeren Styrol und Acrylnitril, die z. B. in Polyetherpolyolen als Basispolyol radikalisch polymerisiert werden.

Die Herstellung solcher Polymerpolyole ist beispielsweise in den US-Patent schriften 3 383 351 und 3 304 273 oder in der DE-A 11 52 536 und DE-A 11 52 537 beschrieben.

Die Polymerpolyole sind im Idealfall verhältnismäßig niedrigviskose, feinteilige, nichtsedimentierende Dispersionen des Polymerisats (vorzugsweise eines Acryl nitril/Styrol-Pfropf-Copolymeren) in dem im wesentlichen unveränderten Poly etherpolyol. Kennzeichnende Merkmale für Qualität und Verarbeitbarkeit der Polymerpolyole sind Viskosität, Lagerstabilität (Sedimentationsbeständigkeit) und Feinteiligkeit. Diese Eigenschaften werden vor allem durch Art und Mengen verhältnisse der Ausgangsstoffe beeinflußt. Insbesondere der Feststoffgehalt (Monomeranteil im Ansatz) und das Monomerverhältnis (z. B. Styrol/Acrylnitril verhältnis) haben großen Einfluß auf die Produktqualität.

Die wichtigsten Ziele bei der Herstellung von Polymerpolyolen sind das Erreichen hoher Feststoffgehalte (mindestens 40%) bei möglichst hohem Styrolanteil und möglichst niedriger Viskosität bei gleichzeitig ausgezeichneter Produktstabilität.

Um die Produktstabilität, d. h. die Unterbindung der Bildung unerwünschter, aus der kontinuierlichen Phase, dem Basispolyol, ausfallender, agglomerierter Polymer partikel zu erreichen, müssen die Polymerteilchen während der Polymerpolyol herstellung stabilisiert werden. Diese Stabilisierung wird einmal durch den Einbau eines Teils der Moleküle des Basispolyethers in das in situ gebildete Polymere bewirkt. Hierbei wird die Effektivität der Stabilisierung einmal durch ein möglichst hohes Molgewicht des Basispolyethers und durch einen möglichst hohen Acrylnitrilanteil im Monomergemisch begünstigt. Während ein hoher Acrylnitril gehalt die Eigenfarbe der Polymerpolyole und die Verfärbungstendenz damit her gestellter Weichschäume erhöht und damit unerwünscht ist, wird die Viskosität der Polymerpolyole durch den Einsatz von Basispolyolen mit höherem Molekülar gewicht erhöht.

Eine Möglichkeit, weitgehend unabhängig vom Molekulargewicht des Basispolyols und vom Acrylnitrilanteil im Monomergemisch niedrigviskose Polymerpolyole mit höheren Füllstoffgehalten zu erhalten ist die Mitverwendung von Kettenüber trägern. In Frage kommen hier zum Beispiel die in der Polymerisationstechnik üblichen Mercaptane, Halogenalkane oder Alkohole.

Auch die Mitverwendung von Enolethern als Kettenüberträger wird in der EP-A 008 444 beschrieben, wodurch die Herstellung von Polymerpolyolen mit relativ niedriger Viskosität bei relativ hohem Füllstoffgehalt und Styrolanteil er möglicht werden soll.

Eine weitere Möglichkeit zur Stabilisierung von Polymerpolyolen ist die Mitver wendung von mit der Polyolphase kompatiblen Verbindungen, die ethylenisch ungesättigte, polymerisationfähige Gruppen enthalten. Diese sogenannten Makro meren copolymerisieren mit den Vinylmonomeren, so daß die entstehenden Poly merteilchen durch Polyetherseitenketten sterisch stabilisiert werden und somit gegen Agglomeration und Sedimentation geschützt sind.

Die Herstellung von Polymerpolyolen unter Mitverwendung von Makromeren ist beschrieben z. B. in US-PS 3 652 639, US-PS 3 823 201, US-PS 4 460 715, US-PS 4 390 645, US-PS 5 093 412, US-PS 4 342 840. Die ethylenisch unge sättigten Doppelbindungen werden in Polyetherpolyole beispielsweise eingeführt durch Umsetzung mit cyclischen, ungesättigten Carbonsäureanhydriden wie Maleinsäureanhydrid und nachfolgende Umsetzung mit Ethylen- oder Propylen oxid; durch Veresterung mit Acryl- bzw. Methacrylsäure(derivaten); durch Um setzung mit Alulylglycidylether; durch Umsetzung mit einem ungesättigten Iso cyanat wie zum Beispiel Isocyanatoalkyl-acrylat und -methacrylat, 1-(1-Iso cyanato-1-methylethyl)-3-(1-methylethenyl)-benzol oder NCO-funktionellen Addukten aus einem Polyisocyanat und Hydroxyethyl- bzw. Hydroxypropyl acrylat.

Auch die Kombination von Makromeren mit Kettenüberträgern wie Mercaptanen oder Alkoholen ist bereits in der DE-A 25 00 274, der EP-A 0 190 769 sowie in der EP-A 0 091 036 beschrieben worden. Mit Mercaptanen hergestellte Produkte haben den Nachteil, daß sie zumeist einen mehr oder weniger unangenehmen Geruch aufweisen. Oft zeigen solche Produkte auch nicht die erwünschte Viskosität.

Auch wenn die erwähnten Verfahren zu Polymerpolyolen führen, die grundsätzlich als Polyolkomponente für die Herstellung von Polyurethanweichschäumen ver wendet werden können, so sind doch weitere Verbesserungen erwünscht: So sind die der Literatur zu entnehmenden Viskositäten höhergefüllter Polymerpolyole ins besondere bei höheren Styrolanteilen im Monomergemisch immer noch recht hoch und es werden oft kleinere agglomerierte Polymerteilchen im Ablauf beobachtet, d. h. die Feinteiligkeit der Produkte ist nicht ausreichend.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß agglomeratfreie Polymerpolyole mit hohen Füllstoffgehalten und niedrigen Viskositäten hergestellt werden können, indem man die Polymerpolyole in Gegenwart eines Makromeren der oben beschriebenen Art und eines Enolethers der allgemeinen Formel

A=CH-O-R

herstellt, in welcher
A einen zweiwertigen Rest der Formel

R C_1-18-Alkyl-, C_5-10-Cycloalkyl oder gegebenenfalls einen am Kern substituierten Benzylrest,
und
R′ Wasserstoff oder einen C_1-8-Alkylrest
bedeutet.

Durch die Mitverwendung einer Kombination von Makromeren mit den speziellen Kettenüberträgem vom Enolethertyp der beschriebenen Art werden, wie in den Vergleichsbeispielen gezeigt wird, stabile feinteilige Polymerpolyole zugänglich, die bei gegebenem Füllstoffgehalt und Styrolanteil nochmals niedrigere Viskosi täten haben oder bei gegebener Viskosität höhere Styrolanteile bzw. Feststoff gehalte aufweisen als entsprechende, unter Mitverwendung anderer üblicher Kettenüberträger/ Makromer-Kombinationen hergestellte Produkte.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung stabiler agglomerat freier, niedrigviskoser Pfropfcopolymerdispersionen durch radikalische Poly merisation ethylenisch ungesättigter Monomerer in einem Basispolyol, dadurch ge kennzeichnet, daß die Polymerisation in Gegenwart eines Polyols mit ethylenisch ungesättigten Endgruppen (Makromer), eines Enolethers der allgemeinen Formel

A=CH-O-R,

in welcher
A und R die obengenannte Bedeutung haben,
und gegebenenfalls in Gegenwart eines organischen Lösungsmittel durchgeführt wird.

Üblicherweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß ethylenisch ungesättigte Monomere wie z. B. Styrol und Acrylnitril durch radikalische Polymerisation in einem zwei bis sechs Hydroxylgruppen aufweisenden Polyalkylenoxid mit einer OH-Zahl über 20 als Basispolyol in Gegenwart eines Polyols mit ethylenisch ungesättigten Endgruppen (Makromer) und eines Enolethers der oben angegebenen Formel umgesetzt werden.

Erfindungsgemäß ist bevorzugt, daß

- die ethylenisch ungesättigten Monomeren in einer Menge von 25-65 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge an Monomeren und Polyol verwendet werden,
- als ethylenisch ungesättigte Monomere Mischungen aus Styrol und Acrylnitril verwendet werden,
- als ethylenisch ungesättigte Monomere Mischungen aus Styrol und Acrylnitril im Gew.-Verhältnis von 20 : 80 bis 100 : 0, besonders bevorzugt 50 : 50 bis 80 : 20 verwendet werden,
- als Basispolyol ein mindestens zwei bis sechs Hydroxylgruppen aufweisendes Polyalkylenoxid mit einer OH-Zahl von 20 bis 100, besonders bevorzugt 30 bis 70 eingesetzt wird,
- das Basispolyol ein Molekulargewicht von 1.800 bis 4.500, besonders bevorzugt 2.000 bis 4.000 g/mol aufweist,
- das Polyol mit ethylenisch ungesättigten Endgruppen (Makromer) ein Molekulargewicht von 3.00() bis 15.000, besonders bevorzugt 4.500 bis 12.000 g/mol und eine Funktionalität von 2-6 aufweist,
- das Polyol mit ethylenisch ungesättigten Endgruppen (Makromer) im statistischen Mittel 0,1-1,5, besonders bevorzugt 0,3-1, Mol Doppel bindungen pro Mol Polyol aufweist,
- das Polyol mit ethylenisch ungesättigten Endgruppen (Makromer) in einer Menge von 2 bis 20, besonders bevorzugt 3-10 Gew.-%, bezogen auf eingesetztes Basispolyol eingesetzt wird,
- als Enolether (Cyclohex-3-enylidenmethoxymethyl)-benzol eingesetzt wird,
- der Enolether in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew. % bezogen auf das eingesetzte Monomergemisch eingesetzt wird, und
- als gegebenenfalls mitzuverwendendes organisches Lösungsmittel Toluol oder Ethylbenzol eingesetzt wird.

Die Erfindung betrifft auch stabile agglomeratfreie, niedrigviskose Pfropfcopoly mer-Dispersionen, erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und die Verwendung der erfindungsgemäß erhältlichen Pfropfcopolymer-Dispersionen als Polyolkomponente bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen nach dem Isocyanat-Polyadditionsverfahren.

Die als "Basispolyole" verwendeten mindestens zwei Hydroxylgruppen aufweisen den Polyole sind vorzugsweise Polyetherpolyole, z. B. die an sich bekannten Addi tionsprodukte von cyclischen Ethern wie Ethylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid, Butylenoxid an Starterverbindungen wie z. B. Polyhydroxyverbindungen wie Alky lenglykole, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Amine wie Ethylen diamin oder Toluylendiamine. Die als "Basispolyol" verwendeten Polyetherpolyole haben vorzugsweise Funktionalitäten von 2 bis 6 und eine OH-Zahl von 20 bis 100. Die Polyetherketten sind bevorzugt aus Propylenoxid- und Ethylenoxidein heiten aufgebaut. Als "Basispolyole" kommen aber auch grundsätzlich Polyester polyole mit Funktionalitäten von vorzugsweise 2 bis 6 und einer OH-Zahl 20 bis 100 in Frage.

Die Polymerpolyole werden durch radikalische Polymerisation ethylenisch ungesät tigter Monomerer oder Mischungen ethylenisch ungesättigter Monomere in den beschriebenen Polyetherpolyolen erhalten. Beispiele für derartige Monomere sind Butadien, Styrol, α-Methylstyrol, Methylstyrol, Ethylstyrol, Acrylnitril, Methacryl nitril, Methylmethacrylat, Acrylsäureester. Bevorzugt werden Styrol und Acrylnitril verwendet. Die Menge an ethylenisch ungesättigten Monomeren beträgt 25 bis 65 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an fertigem Produkt. Bei der Verwendung von Styrol und Acrylnitril ist das Verhältnis dieser beiden Mono meren vorzugsweise 20 : 80 bis 100 : 0, insbesondere 50 : 50 bis 80 : 20 Gewichtsteile.

Die Initiierung der radikalischen Polymerisation erfolgt mit üblichen radikalbil denden Initiatoren. Beispiele für derartige Initiatoren sind organische Peroxide wie Benzoylperoxid, tert.-Butyloctoat, Dodecanoylperoxid; Azoverbindungen wie Azo isobutyronitril oder 2,2′-Azobis(2-methylbutyronitril).

Die als Ausgangsmaterial für das Polyol mit ethylenisch ungesättigten Gruppen verwendeten Polyole sind ebenfalls vorzugsweise Polyetherpolyole wie die an sich bekannten Additionsprodukte von cyclischen Ethern wie Ethylenoxid, Propylen oxid, Styroloxid, Butylenoxid an Starterverbindungen wie z. B. Polyhydroxyver bindungen wie Alkylenglykole, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Amine wie Ethylendiamin oder Toluylendiamine. Die als Ausgangsmaterial für das Polyol mit ethylenisch ungesättigten Gruppen dienenden Polyetherpolyole haben Funktionalitäten von 2 bis 6 und eine Molmasse von 3000 bis 15000 g/mol. Die Polyetherketten sind bevorzugt aus Propylenoxid- und Ethylenoxideinheiten aufge baut.

Die ethylenisch ungesättigten Gruppen können nach den literaturbekannten Verfahren eingeführt werden. Bevorzugt ist die Umsetzung der Polyole mit Maleinsäureanhydrid und anschließende Alkoxylierung mit Ethylen- oder Propylen-oxid, die Umsetzung mit Acrylsäure bzw. deren Methyl- oder Ethylester und die Umsetzung mit einem ungesättigten Isocyanat wie z. B. 1-(1-Isocyanato-1- metylethyl)-3-(1-methylethenyl)-benzol oder einem NCO-funktionellen Addukt aus einem Polyisocyanat und Hydroxyethyl- bzw. Hydroxypropyl-acrylat. Zur Her stellung des letzteren Typs können als Polyisocyanate beispielsweise eingesetzt werden Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Diphenylmethandiiso cyanat und besonders bevorzugt Toluylendiisocyanat.

Die Polyole mit ethylenisch ungesättigten Endgruppen enthalten im statistischen Mittel in der Regel 0,1 bis 1,5, vorzugsweise 0,3-1 Mol Doppelbindungen pro Mol Polyol.

Die erfindungsgemäß mitzuverwendenden Enolether sind literaturbekannt; ihre Herstellung ist beispielsweise in in den deutschen Auslegeschriften 1 668 091 und 1 768 396 beschrieben. Geeignete Vertreter dieser Verbindungsklasse werden beispielsweise in der EP 008 444 aufgeführt. Besonders bevorzugt ist (Cyclohex-3- enylidenmethoxymethyl)-benzol, das unter der Bezeichnung Vulkazon AFD, Bayer AG, im Handel ist.

In der Regel wird der Enolether in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das eingesetzte Monomergemisch eingesetzt.

Als gegebenenfalls einzusetzende Lösungsmittel können Kohlenwasserstoffe wie Toluol, Ethylbenzol, Isopropylbenzol, Xylole, Ketone wie Aceton oder Methylethylketon, Alkohole wie Methanol, Ethanol, Isopropanol oder Butanol einsetzt werden. Bevorzugt sind Touol und Ethylbenzol.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen. Man kann z. B. eine Mischung , die die ethylenisch ungesättigten Monomeren, den Enolether, den Initiator und gegebenenfalls Lösungsmittel und einen Teil des einzusetzenden Polyols enthält, in einen Rührwerksbehälter eindosieren, der den vorerhitzten Polyether und das Makromer enthält. Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen Teil des Makromers zusammen mit den ethylenisch ungesättigten Monomeren, dem Enolether, gegebenenfalls dem Lösungsmittel und einem Teil des Polyethers zuzudosieren. Als weitere Möglichkeit kann man auch den Enolether zusammen mit dem Polyether bzw. mit der Hauptmenge des Polyethers und dem Makromer im Reaktor vorlegen und die übrigen Komponenten zudosieren.

Außerdem kann eine Mischung aller Reaktionsteilnehmer kontinuierlich in einen Reaktor eindosiert und das Produkt in gleichem Maße durch einen Überlauf entnommen werden.

Die Temperatur, bei der die Polymerisation durchgeführt wird, beträgt in der Regel 80 bis 140°C, vorzugsweise 90 bis 130°C.

Nach Beendigung der Polymerisationsreaktion wird das Produkt in üblicher Weise durch Vakuumdestillation von leichtflüchtigen Anteilen wie Restmonomeren, Lö sungsmittel usw. befreit.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymerpolyole sind hervorragend zur Herstellung von Polyurethankunststoffen nach dem Isocyanat- Polyadditionsverfahren geeignet. Sie sind frei von Polymeragglomeraten jeglicher Art, stabil und niedrigviskos. Dabei ist besonders überraschend, daß die erfin dungsgemäße Kombination von Makromeren mit speziellen Enolethern bei Ver wendung niedrigmolekularer Basispolyole mit Molekulargewichten zwischen 1.800 und 4.500 Polymerpolyole mit vorteilhaft niedrigen Viskosität ergibt. Da auf den Einsatz von Mercaptan-Kettenverlängerem beim erfindungsgemäßen Verfahren verzichtet werden kann, sind die erhaltenen Produkte in vorteilhafter Weise weitgehend geruchsfrei.

Die Herstellung von Polyurethankunststoffen, vorzugsweise von weichen, flexiblen Polyurethanschäumen erfolgt durch Umsetzung von

a) organischen Polyisocyanaten mit
b) den erfindungsgemäßen Polymerpolyolen, gegebenenfalls in Gegenwart von
c) weiteren höhermolekularen und/oder niedermolekularen, gegenüber Iso cyanaten reaktive Wasserstoffatome enthaltende Verbindungen,
d) Katalysatoren,
e) Wasser und/oder niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen als Treibmittel und
f) Hilfsmitteln und/oder Zusatzstoffen.

Als Ausgangskomponenten werden verwendet:

a) aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und hetero cyclische Polyisocyanate, wie sie z. B. von W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 362, Seiten 75 bis 136 beschrieben werden, bei spielsweise solche der allgemeinen Formel Q(NCO)_n,in der
n 2 bis 5, vorzugsweise 2 und 3, und
Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 18, vorzugs weise 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, einen cycloaliphatischen Kohlen stoffrest mit 4 bis 15, vorzugsweise 5 bis 10 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15, vorzugs weise 6 bis 13 Kohlenstoffatomen bedeuten, z. B. solche Polyiso cyanate, wie sie in der DE-OS 28 32 253, Seiten 10 bis 11, be schrieben werden.
Besonders bevorzugt werden in der Regel die technisch leicht zugänglichen Polyisocyanate, z. B. das 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat, sowie beliebige Gemische dieser Isomeren ("TDI"), Diphenylmethandiisocyanat ("MDI") und Polyphenylpolymethylenpolyisocyanate, wie sie durch Anilin-Formal dehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung hergestellt werden und Carbodiimidgruppen, Urethangruppen, Allophanatgruppen, Isocyanurat gruppen, Harnstoffgruppen oder Biuretgruppen aufweisende Polyisocyanate ("modifizierte Polyisocyanate"), insbesondere solche modifizierten Polyiso cyanate, die sich vom 2,4- und/oder 2,6-Toluyoendiisocyanat bzw. 4,4′- und/oder 2,4′-Diphenylmethandiisocyanat ableiten;
b) die erfindungsgemäßen Polymerpolyole,
c) gegebenenfalls als Ausgangskomponenten Verbindungen mit mindestens 2 gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit einem Molekulargewicht von 40 bis 10 000 g/mol, vorzugsweise Polyether polyole, d. h. an sich bekannte Additionsprodukte von cyclischen Ethern wie Ethylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid, Butylenoxid an Starter verbindungen wie z. B. Polyhydroxyverbindungen wie Alkylenglykole, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Amine wie Ethylen diamin oder Toluylendiamine sowie die Starterverbindungen selbst;
d) erfindungsgemäß werden gegebenenfalls die in der Polyurethanchemie an sich üblichen Katalysatoren mitverwendet;
e) gegebenenfalls werden als Treibmittel Wasser und/oder niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe mitverwendet, z. B. niedrigsiedende Alkane wie Pentan, Cycloalkane wie Cyclopentan, ferner Alkene sowie unter Druck in die Reaktionsmischung eingebracht Gase wie Kohlendioxid;
f) gegebenenfalls werden Hilfs- und Zusatzmittel mitverwendet wie
- f₁) oberflächenaktive Zusatzstoffe wie Emulgatoren und Schaumstabili satoren,
- f₂) Reaktionsverzögerer, Zellregler der an sich bekannten Art wie Parrafine, Fettalkohole oder Dimethylpolysiloxane sowie Pigmente oder Farbstoffe und Flammschutzmittel der an sich bekannten Art, ferner Stabilisatoren gegen Alterungs- und Witterungseinflüsse, Weichmacher und fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Sub stanzen.
Beispiele von gegebenenfalls erfindungsgemäß mitzuverwendenden ober flächenaktiven Zusatzstoffen und Schaumstabilisatoren sowie Reaktions verzögerern, Stabilisatoren, flammhemmenden Substanzen, Weichmachern, Farbstoffen sowie fungistatisch und bakteriostatisch wirksamen Substanzen sowie Einzelheiten über Verwendungs- und Wirkungsweise dieser Zusatz mittel sind im Kunststoff-Handbuch, Band VII, herausgegeben von G. Oertel, Carl Hanser Verlag, München, 1993, z. B. auf den Seiten 104 bis 127 beschrieben.

Die Herstellung der weichen Polyurethanschaumstoffe erfolgt in an sich bekannter Weise, wie z. B. im Kunststoff-Handbuch, Band VII, herausgegeben von G. Oertel, Carl Hanser Verlag, München, 1993, z. B. auf den Seiten 139 bis 263 beschrieben.

Beispiele Ausgangsprodukte

Polyol A: Polyether auf Basis Glycerin/Propylenglykol (Gew.-Verh. 90 : 10), hergestellt durch Addition von PO (30%), PO/EO (40/10%) und PO (20%), OHZ = 56 mgKOH/g.
Polyol B: Polyether der Molmasse 6.000 auf Basis Trimethylolpropan, hergestellt durch Addition von PO (82,3%) und EO (17,7%).
Polyol C: Polyether der Molmasse 4.800 auf Basis Trimethylolpropan, hergestellt durch Addition von PO (82,5%) und EO (17,5%).
Polyol D: Polyether der Molmasse 3.660 auf Basis Glycerin, hergestellt durch Addition von PO (30%), PO/EO (40/10%) und PO (20%), OHZ = 46.
Polyol E: Polyether der Molmasse 5.430 auf Basis Trimethylolpropan, herge stellt durch Addition von PO (17%), PO/EO (51/17%) und PO (15%), OHZ = 31.
Polymerpolyol A: VP.PU 80WB40, Fa. Bayer AG, Feststoffgehalt ca. 40%, Styrolanteil ca. 60%.
Makromer A: Umsetzungsprodukt von einem Mol Polyol C mit 0,75 Mol Malein säureanhydrid und anschließende Addition von 0,9 Mol Ethy lenoxid. Das Produkt hat einen Doppelbindungsgehalt von 49 meq/kg.
Makromer B: Umsetzungsprodukt von einem Mol Polyol C mit 1,2 Mol Acrylsäure, hergestellt durch azeotrope Veresterung in Gegenwart von 0,1 Gew.-% p-Toluolsulfonsäure (bez. auf Polyol C) und Toluol als Lösungsmittel. Das Produkt hat einen Doppelbindungsgehalt von 100 meq/kg.
Makromer C: Umsetzungsprodukt von einem Mol Polyol B mit 1,2 Mol Acryl säure, hergestellt durch azeotrope Veresterung in Gegenwart von 0,1 Gew.-% p-Toluolsulfonsäure (bez. auf Polyol B) und Toluol als Lösungsmittel. Das Produkt hat einen Doppelbindungsgehalt von 139 meq/kg.
Makromer D: Umsetzungsprodukt von einem Mol Polyol C mit dem Reaktions produkt von 0,75 Mol Hydroypropylacrylat und 0,825 Mol TDI. Das Produkt hat einen Doppelbindungsgehalt von 56 meq/kg.
Makromer E: Umsetzungsprodukt von einem Mol Polyol B mit dem Reaktions produkt von 0,75 Mol Hydroypropylacrylat und 0,9 Mol TDI. Das Produkt hat einen Doppelbindungsgehalt von 71 meq/kg.
Makromer F: Umsetzungsprodukt von einem Mol Polyol C mit einem Mol 1-(1- Isocyanato-1-methylethyl)-3-(1-methylethenyl)-benzol. Das Produkt hat einen Doppelbindungsgehalt von 228 meq/kg.
Makromer G: Umsetzungsprodukt von einem Mol Polyol B mit einem Mol 1-(1- Isocyanato-1-methylethyl)-3-(1-methylethenyl)-benzol. Das Produkt hat einen Doppelbindungsgehalt von 211 meq/kg.
Enolether A: (Cyclohex-3-enylidenmethoxymethyl)-benzol (cis,trans-Isomerenge misch), unter der Bezeichnung Vulkazon AFD Handelsprodukt der Bayer AG.

Enolether B: (Cyclohex-3-enyliden)-cyclohexylether (cis,trans-Isomerengemisch), hergestellt durch Umsetzung von Cyclohex-3-en-carbaldehyd mit Cyclohexanol in Gegenwart von p-Toluolsulfonsäure und Chinolin analog EP 008 444. Kp: 82°C/ 0,15 mbar.

Enolether C: (Norborn-3-enylidenmethoxymethyl)-benzol (cis,trans-Isomerenge misch), hergestellt durch Umsetzung von 5-Norbornen-2-Aldehyd mit Benzylalkohol in Gegenwart von p-Toluolsulfonsäure und Chinolin analog EP 008 444. Kp: 106°C/ 0,1 mbar. (nicht erfindungsgemäß)

Enolether D: Butyliden-Benzylether (cis,trans-Isomerengemisch), hergestellt durch Umsetzung von 2-Butyraldehyd mit Benzylalkohol in Gegenwart von p-Toluolsulfonsäure und Chinolin analog EP 008 444. Kp: 73°C/ 0,2 mbar. (nicht erfindungsgemäß)

Enolether E: (Cyclohex-3-enyliden)-Butylether (cis,trans-Isomerengemisch), her gestellt durch Umsetzung von Cyclohex-3-en-carbaldehyd mit n-Butanol in Gegenwart von p-Toluolsulfonsäure und Chinolin analog EP 008 444. Kp: 68°C/ 0,1 mbar.

Allgemeine Vorschrift zur Herstellung der Polymerpolyolen

Zu einer Mischung von 225,2 g Polyol und 25 g Makromer wird unter Rühren bei 125°C eine Mischung bestehend aus 375,3 g Polyol, 250,2 g Styrol, 166,8 g Acrylnitril 8,34 g Enolether (oder anderer Kettenüberträger), 5,21 g 2,2′-Azobis(2- methylbutyronitril) und 144 g Toluol gleichmäßig über 2 Stunden zudosiert.

Anschließend wird 30 Minuten bei 125°C nachgerührt. Nach zügiger Zugabe einer Lösung von 0,92 g 2,2′-Azobis(2-methylbutyronitril) in 25,4 g Toluol rührt man noch eine weitere Stunde bei 125°C nach und destilliert dann Toluol und andere flüchtige Bestandteile bei 125°C erst über eine Stunde im Wasserstrahlvakuum (15 mbar), dann über 2 Stunden im Ölpumpenvakuum (< 2 mbar) ab. Nach Abkühlen auf ca. 100°C wird das Produkt über ein Sieb mit einer Maschenweite von 100 µm abgelassen.

Durchführung des Ablauftests

Ca. 3 ml Polymerpolyol werden in ein 10 ml Rollrandgläschen gegeben, dessen Innenwände durch Umschütteln anschließend vollständig mit Polymerpolyol benetzt werden. Nach 24 stündigem Stehen bei Raumtemperatur wird der an den Glaswänden verbliebene Rückstand nach Anzahl der Teilchen von etwa 5-30 µm Durchmesser beurteilt:
gut: bis ca. 10 Teilchen pro cm²
mittel: von ca. 10 bis 30 Teilchen pro cm²
schlecht: ab ca. 30 Teilchen pro cm²

Beispiele 1-8

Entsprechend der allgemeinen Herstellvorschrift wurden Poymerpolyole mit dem Polyol A als Basispolyol und dem Makromer A als Makromer hergestellt, wobei unterschiedliche Kettenüberträger eingesetzt wurden. Zum Vergleich wurde die Reaktion auch ohne Kettenüberträger durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

In diesen Serie ergeben die erfindungsgemäßen Enolether A und B die niedrigsten Viskositäten.

Beispiele 9-19

Entsprechend der allgemeinen Herstellvorschrift wurden Poymerpolyole mit dem Polyol A als Basispolyol und dem Makromer B als Makromer hergestellt, wobei unterschiedliche Kettenüberträger eingesetzt wurden. Zum Vergleich wurde die Reaktion auch ohne Kettenüberträger durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

In dieser Serie ergeben die erfindungsgemäßen Enolether A, B und E feinteilige, niedrigviskose Produkte, während die nicht erfindungsgemäßen Enolether C und D und die anderen Kettenüberträger instabile bzw. grobteiligere und höherviskosere Dispersionen liefern.

Beispiele 20-27

Entsprechend der allgemeinen Herstellvorschrift wurden Poymerpolyole mit dem Polyol A als Basispolyol und dem Makromer C als Makromer hergestellt, wobei unterschiedliche Kettenüberträger eingesetzt wurden. Zum Vergleich wurde die Reaktion auch ohne Kettenüberträger durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Auch in Kombination mit dem Makromer C ergeben die erfindungsgemäßen Enolether A und B feinteilige, niedrigviskose Produkte, während die anderen Kettenüberträger instabile bzw. grobteiligere und höherviskosere Dispersionen liefern.

Beispiele 28-35

Entsprechend der allgemeinen Herstellvorschrift wurden Poymerpolyole mit dem Polyol A als Basispolyol und dem Makromer D als Makromer hergestellt, wobei unterschiedliche Kettenüberträger eingesetzt wurden. Zum Vergleich wurde die Reaktion auch ohne Kettenüberträger durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

In Kombination mit dem Makromer D wird der Vorteil der erfindungsgemäßen Enolether A und B noch deutlicher. Nur mit ihnen werden stabile, niedrigviskose Produkte erhalten.

Beispiele 36-43

Entsprechend der allgemeinen Herstellvorschrift wurden Poymerpolyole mit dem Polyol A als Basispolyol und dem Makromer E als Makromer hergestellt, wobei unterschiedliche Kettenüberträger eingesetzt wurden. Zum Vergleich wurde die Reaktion auch ohne Kettenüberträger durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Nur die erfindungsgemäßen Enolether A und B ergeben feinteilige, niedrigviskose Produkte.

Beispiele 44-51

Entsprechend der allgemeinen Herstellvorschrift wurden Poymerpolyole mit dem Polyol A als Basispolyol und dem Makromer F als Makromer hergestellt, wobei unterschiedliche Kettenüberträger eingesetzt wurden. Zum Vergleich wurde die Reaktion auch ohne Kettenüberträger durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

In Kombination mit dem Makromer F wird der Vorteil der erfindungsgemäßen Enolether A und B besonders deutlich. Nur sie ergeben feinteilige, niedrigviskose Dispersionen. Mit den nicht erfindungsgemäßen Kettenüberträgern werden ent weder instabile oder grobteilige, hochviskose Dispersionen erhalten.

Beispiele 52-59

Entsprechend der allgemeinen Herstellvorschrift wurden Poymerpolyole mit dem Polyol A als Basispolyol und dem Makromer G als Makromer hergestellt, wobei unterschiedliche Kettenüberträger eingesetzt wurden. Zum Vergleich wurde die Reaktion auch ohne Kettenüberträger durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Beispiele 60-91

Verwendung der erfindungsgemäßen Polymerpolyole gemäß den Beispielen 8, 15, 27, 35, 42, 50, und 59 zur Herstellung von Weichschaumstoffen:
Für einen Laborschaum werden alle Komponenten - außer dem Katalysator 3 und dem Polyisocyanat - intensiv miteinander vermischt. Danach wird Katalysator 3 zugegeben, kurz vermischt und dann das Polyisocyanat unter Rühren hinzugegeben. Anschließend wird die Reaktionsmischung in eine offene Form gegossen, worin sie zum Weichschaum aufschäumt.

Die Ergebnissen der Schäumversuche sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengefaßt: (Mengen jeweils in Gew.-Teilen)
Katalysator 1: Desmorapid® DMEA, Fa. Rhein Chemie, Rheinau
Katalysator 2: RC-PUR Aktivator 108, Fa. Rhein Chemie, Rheinau
Katalysator 3: Desmorapid® SO, Fa. Rhein Chemie, Rheinau
Stabilisator: Stabilisator OS 22, Fa. Bayer AG
Isocyanat: Toluylendiisocyanat (Desmodur® T 80, Bayer AG)

Die Verschäumungsbeispiele 60-91 zeigen, das die erfindungsgemäßen fein teiligen, niedrigviskosen Polymerpolyol-Dispersionen Schäume mit vergleichbaren Eigenschaften ergeben, wie aktuelle Handelsprodukte mit höherer Viskosität. Schaumrezepturen mit den erfindungsgemäßen Produkten können aufgrund ihrer niedrigeren Viskosität bei gleichem Füllstoffgehalt leichter verarbeitet werden. Außerdem können mit ihnen unter Berücksichtigung einer gleichen maximalen Verarbeitungsviskosität höhere Feststoffgehalte eingestellt werden, die Schäume mit entsprechend höheren Härten liefern.

Vergleichsbeispiele 1 bis 6

Zu Vergleichszwecken wurden Polymerpolyole in Gegenwart von Enolethern ohne Makromerzusatz hergestellt.

Zu 250,2 g Polyol wurde unter Rühren in Stickstoffatmosphäre bei 125°C eine Mischung bestehend aus 375,3 g Polyol, 250 g Styrol, 166,8 g Acrylnitril, 8,34 Enolether A, 5,2 g 2,2′-Azobis(2-methyl-butyronitril) und 144 g Toluol gleichmäßig über 2 Stunden zudosiert. Anschließend wurde 30 Minuten bei 125°C nachgerührt. Nach zügiger Zugabe einer Lösung von 0,9 g 2,2′-Azobis(2-methyl butylronitril) in 25,4 g Toluol rührte man noch eine weitere Stunde bei 125°C nach und destilierte dann Toluol und andere flüchtige Bestandteile bei 125°C erst eine Stunde im Wasserstrahlvakuum (15 mbar) dann über 2 Stunden im Ölpumpenvakuum (< 2 mbar) ab. Nach Abkühlen auf ca. 100°C wurde das Produkt über ein Sieb mit einer Maschenweite von 100 µm abgelassen.

Die Ergebnisse der Vergleichsversuche sind in nachfolgender Tabelle zusammen gefaßt.

Die Vergleichsversuche zeigen, daß ohne den Zusatz von Makromeren nur unerwünscht hochviskose oder klumpige Polymerpolyole erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung stabiler, agglomeratfreier, niedrigviskoser Pfropf copolymer-Dispersionen durch radikalische Polymerisation ethylenisch ungesättigter Monomerer in einem Basispolyol, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation in Gegenwart eines Polyols mit ethylenisch unge sättigten Endgruppen, eines Enolethers der nachstehenden allgemeinen Formel A=CH-O-R,in welcher
A einen zweiwertigen Rest der Formel R C_1-18-Alkyl-, C_5-10-Cydoalkyl oder gegebenenfalls einen am Kern substituierten Benzylrest,
und
R′ Wasserstoff oder einen C_1-8-Alkylrest
bedeutet
und gegebenenfalls in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an ethylenisch ungesättigten Monomeren 25 - 65 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Monomeren und Polyol, beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ethylenische ungesättigte Monomere Styrol und Acrylnitril im Gewichtsver hältnis von 20 : 80 bis 100 : 0 verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ethylenische ungesättigte Monomere Styrol und Acrylnitril im Gewichtsver hältnis von 50 : 50 bis 80 : 20 verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Basispolyol ein zwei bis sechs Hydroxylgruppen aufweisendes Polyalkylen oxid mit einer OH-Zahl von 20 bis 100, vorzugsweise von 30 bis 70, eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Basispolyol vom Molekulargewicht 1.800 bis 4.500, vorzugsweise vom Molekulargewicht 2.000 bis 4.000, eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwei- bis sechs-funktionelles Polyol mit ethylenisch ungesättigten Endgruppen vom Molekulargewicht 3.000 bis 15.000, vorzugsweise vom Molekular gewicht 4.500 bis 12.000, eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyol mit ethylenisch ungesättigten Endgruppen in einer Menge von 2-20 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Gesamt menge an Basispolyol, eingesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Enolether (Cydohex-3-enylidenmethoxymethyl)-benzol in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent bezogen auf die eingesetzte Monomermenge, eingesetzt wird.

10. Stabile, agglomeratfreie, niedrigviskose Pfropfcopolymer-Dispersion, erhält lich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 9.

11. Verwendung der gemäß Anspruch 1 bis 9 erhältlichen Pfropfcopolymerisate als Polyolkomponente bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen.