DE2106726B2 - Hydrolyseschutzmittel rar estergruppenhaltige Kunststoffe - Google Patents
Hydrolyseschutzmittel rar estergruppenhaltige KunststoffeInfo
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Description
Estergruppen sind bekanntlich gegen eine hydrolytische Spaltung durch den Einfluß von Wärme und
Feuchtigkeit anfällig. Das macht sich besonders nachteilig in solchen chemischen Verbindungen bemerkbar,
welche in Form von natürlichen oder synthetischen höhermolekularen Stoffen als Gebrauchsgegenstände
diesen Einflüssen, z. B. dem Wetter, ausgesetzt sind. Es ist bereits bekannt, Carbodiimide als
stabilisierende Mittel gegenüber den Einflüssen von Wärme und Feuchtigkeit, d. h. zur Verhinderung der
Alterung durch hydrolytische Einflüsse in estergruppenhaltigen Kunststoffen zu verwenden. (Belgische Patentschrift
7 33 573). Derartige Stabilisierungsmittel besitzen jedoch für manche Anwendungszwecke einen zu
hohen Dampfdruck und neigen zu Wanderungserscheinungen. Ihr Einsatz ist in verschiedenen Anwendungsgebieten,
beispielsweise dort, wo eine Vernetzung von Polyestern durch polyfunktionelle Isocyanate durchgeführt
werden muß, mitunter schwierig, da die Carbodiimide den Ablauf der Vernetzung ungünstig beeinflussen
können.
Es ist weiterhin bekannt, 2-Imino-oxazolidine der
allgemeinen Formel
R1-N=C-O
-N-R2 CH2
CH2
25
Polyurethane zur Verfügung zu stellen, welche keine Neigung zum Ausschwitzen aufweisen und welche ohne
unerwünschten Einfluß auf die Geschwindigkeit der NCO/OH-Additionsreaktion sind.
Wie nun überraschend gefunden wurde, kann diese Aufgabe durch Verwendung von Ν,Ν'-disubstituierten
N-(2-Hydroxyalkyl)-hamstoffen bzw. -thioharnstoffen als Hydrolyseschutzmittel gelöst werden. Diese substituierten
Harnstoffe bzw. Thioharnstoffe weisen nicht nur eine im Vergleich zu den Hydrolyseschutzmitteln
des Standes der Technik erhöhte Schutzwirkung auf, sondern sie zeigen auch keinerlei Ausschwitzerscheinungen
bei höheren Temperaturen. Dies gilt insbesondere bei ihrer Verwendung für die Stabilisierung von
Estergruppen enthaltenden Polyurethankunststoffen. Besonders vorteilhafte Effekte werden erzielt, wenn die
Hydrolyseschutzmittel bei der Herstellung der Polyurethankunststoffe einer der Ausgangskomponenten
zugemischt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung von Ν,Ν'-disubstituierten N-(2-Hydroxyalkyl)-harnstoffen
bzw. -thioharnstoffen als Hydrolyseschutzmittel für Estergruppen enthaltende Kunststoffe.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung von gegen Hydrolyse
geschützten Estergruppen enthaltenden Polyurethanen aus Polyisocyanaten, Estergruppen aufweisenden Polyhydroxylverbindungen,
Hydrolyseschutzmitteln sowie gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß als Hydrolyseschutzmitteln Ν,Ν'-disubstituierte N-(2-Hydroxyalkyl)-harnstoffe
bzw. -thioharnstoffe Ln Mengen von 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent, bezogen auf Polyurethan, eingesetzt
werden und daß das Hydrolyseschutzmittel einer der Ausgangskomponenten vor oder während der Herstellung
des Polyurethans zugemischt wird.
Für die erfindungsgemäße Verwendung geeignete Harnstoffe bzw. Thioharnstoffe sind insbesondere
solche der nachstehenden allgemeinen Formeln (I) bis (HI):
Ri-
R2 R3
NH-C-N-CH2-CH-OH
O(S)
OH
R3-CH
CH2
CH2
OH
CH-R3
CH2
(R1 = Aryl, R2 = Alkyl, Aryl)
R4-NH-C-N-R5-N-C-NH-R4
O(S) O(S)
O(S) O(S)
als Alterungsschutzmittel bei estergruppenhaltigen to
Verbindungen einzusetzen (französische Patentschrift 14 50 919). Auch diese Verbindungsklasse neigt jedoch
zu Ausschwitzerscheinungen und die NCO/OH-Reaktion wird insbesondere bei höheren Temperaturen stark
beschleunigt. b5
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Hydrolyseschutzmittel für Estergruppen enthaltende
Kunststoffe, insbesondere für Estergruppen enthaltende OH
CH R3
CH2
(III)
R4-NH-C-N-R5-N-C-NH-R4
0(S)
O(S)
15
In diesen Formeln bedeuten:
π eine ganze Zahl von 1 bis 4;
Ri einen Λ-wertigen, gegebenenfalls durch Hydroxy-,
Alkoxy-, Nitril-, Äther-, Thioäther- oder Estergruppen bzw. durch Halogenatome substituierten Alkyl-,
Alkenyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Alkarylrest;
R2 für einen gegebenenfalls durch Hydroxy- oder
Cyanogruppen bzw. durch Halogenatome substituierten aliphatischen oder aromatischen Rest mit bis
zu 18 Kohlenatomen;
R3 vorzugsweise Wasserstoff oder aber auch Methyl oder Äthyl;
Rh einen einwertigen Rest der Art von Ri;
Rs eine Alkylengruppe mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen;
Ri einen Ci—C^Alkylrest
Vorzugsweise werden erfindungsgemäß Verbindungen der allgemeinen Formel (I) eingesetzt, insbesondere
solche, in welchen π für 1 oder 2 steht, Ri eine
Ci-Q-Alkylgruppe, eine C2-C8-Alkylengruppe, eine
Ce-Ci2-Aiylgruppe oder eine C5—Cy-Cycloalkylgruppe
bedeutet; R2 für Methyl oder Hydroxyäthyl steht; und R3 Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeutet.
Grundsätzlich ist die Art der Substituenten Rt bis R6
für die Eignung der erfindungsgemäß zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel jedoch belanglos, wesentlich ist
allein das Vorliegen von Harnstoff- bzw. Thioharnstoffgruppierungen, welche lediglich eine NH-Bindung
aufweisen und welche am anderen Stickstoffatom einen 2-HydroxyalkyI-Substituenten tragen.
Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel erfolgt nach bekannten
Verfahren der präparativen organischen Chemie, beispielsweise durch Addition von Mono- oder Polyisocyanaten
an N-substituierte 2-Hydroxyalkylamine bei Reaktionstemperaturen von 0 bis 500C. Diese Additionsreaktion
kann sowohl in Lösung als auch in Substanz durchgeführt werden. Geeignete Lösungsmittel
sind z. B. Hexan, Dioxan, Benzol, Toluol, Tetrahydrofuran, Chloroform, Äther usw. Die erfindungsgemäß zu
verwendenden Hydrolyseschutzmittel stellen flüssige, kristalline, wachsartige oder auch ölige Verbindungen
dar. Ihr Einsatz kann gegebenenfalls auch ohne vorhergehenden Reinigungsoperation erfolgen.
Geeignete Ausgangsverbindungen zur Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel
sind Mono- bzw. Polyisocyanate wie z. B.:
Methylisocyanat, Propylisocyanat, Allylisocyanat,
Methoxymethylisocyanat,Butylisocyanat,
3-Methoxypropylisocyanat, Hexydecylisocyanat,
Cyclohexylisocyanat, Phenylisocyanat,
p-Chlorphenylisocyanat, o-Tolylisocyanat,
p-Äthoxyphenylisocyanat.o-Nitrophenylisocyanat,
Benzylisocyanat, m-Isocyanatoäthylester der
Zimtsäure, 2,4-Dichlorphenylisocyanat,
m-Isocyanatoäthylester der Zimtsäure,
2,4-DichIorphenylisocyanat,^!aphthylisocyanat,
o-Biphenylisocyanat,
3-Nitro-4-chlorphenylisoxyanat,
Tetramethylendiisocyanat,
Hexamethylendiisocyanat,
1,4- Phenylendiisocyanat,
1 ^-Cyclohexylendiisocy anat,
2,4-ToIuylendiisocyanat, 2,5-Toluylendiisocyanat,
4-ChIor-1,3-phenylendiisocyanat,
l^,5-Triäthyl-2,4-phenylendiisocyanat,
50
55
60
65 6-Methyl-2,4-diäthyl-5-nitro-1,3-phenylendiisocyanat,
p-Xylylendiisocyanat,
4,6-Dimethyl-l,3-Xylylendiisocyanat, 3-(-Isocyanatoäthyl)-phenylisocyanat, 4,4'-Biphenylendiisocyanat,
4,4'-Diisocyanatodiphenyläther, 4,4'-Diisocyanato-dicyclohexylmethan, 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, 1,5-Naphthylendiisocyanat,
4,4',4"-Triisocyanatotriphenylmethan, Umsetzungsprodukte von Diisocyanaten mit niedermolekularen Polyhydroxyverbindungen wie z. B. das Umsetzungsprodukt von 3 Mol 2,4-Diisocyanatotoluol mit einem Mol Trimiethylolpropan, Biuret-Polyisocyanate wie z. B. das durch Reaktion von Hexamethylendiisocyanat und Wasser zugängliche
Tris-Isocyanatohexyl-biuret usw.
4,6-Dimethyl-l,3-Xylylendiisocyanat, 3-(-Isocyanatoäthyl)-phenylisocyanat, 4,4'-Biphenylendiisocyanat,
4,4'-Diisocyanatodiphenyläther, 4,4'-Diisocyanato-dicyclohexylmethan, 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, 1,5-Naphthylendiisocyanat,
4,4',4"-Triisocyanatotriphenylmethan, Umsetzungsprodukte von Diisocyanaten mit niedermolekularen Polyhydroxyverbindungen wie z. B. das Umsetzungsprodukt von 3 Mol 2,4-Diisocyanatotoluol mit einem Mol Trimiethylolpropan, Biuret-Polyisocyanate wie z. B. das durch Reaktion von Hexamethylendiisocyanat und Wasser zugängliche
Tris-Isocyanatohexyl-biuret usw.
Neben diesen niedermolekularen Mono- bzw. Polyisocyanaten können zur Herstellung der erfindungsgemäß
zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel auch höhermolekulare Mono- bzw. Polyisocyanate eingesetzt
werden, wie sie beispielsweise durch Umsetzung von höhermolekularen endständige Hydroxylgruppen aufweisenden
Polyäthern bzw. Polyestern mit überschüssigem Diisocyanat hergestellt werden können. Anstatt
der genannten Isocyanate können auch die entsprechenden Isothiocyanate zur Herstellung der erfindungsgemäß
zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel eingesetzt werden.
Geeignete Reaktionspartner für die Mono- bzw. Polyisocyanate bei der Herstellung der erfindungsgemäß
zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel sind beliebige N-substituierte 2-Hydroxyalkylamine, vorzugsweise
2-Hydroxyäthylamine wie z. B.:
2-Methylamino-äthanol,
1 -Methylamino-butanol-(2),
2-Propylamino-äthanol, 2- Hexylamino-äthanol,
1 -Butylamino-hexanol-(2),
2-Dodecylamino-äthanol,
2-Hexadecylamino-äthanol,
2-Stearylamino-äthanol,
2-Cyclohexylamino-äthanol,
N,N'-bis-(2-hydroxy-äthyl)-äthylendiamin, N,N'-bis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin,
(2-Hydroxyäthyl)-anilin,
2-(p-Chlorphenylamino)-äthanol, 2-(p-Methoxyphenylamino)-äthanoI, 2,2'-Dihydroxy-diäthylamin,
2,2'-Dihydroxy-dipropylamin,
2-(2-Methylaminoäthylamino)-äthanol-(l), 2-(2-Cyanoäthylamino)-äthanol-(l).
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel eignen sich zur Stabilisierung beliebiger
Estergruppen aufweisender Kunststoffe. Im allgemeinen genügen zur ausreichenden Stabilisierung der
Estergruppen aufweisenden Kunststoffe 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent
der erfindungsgemäß zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel. Die Hydrolyseschutzmittel können den
zu stabilisierenden Kunststoffen entweder nach deren Herstellung zugesetzt werden oder auch bereits auch
bei der Herstellung der Estergruppen aufweisenden Kunststoffen den für die Herstellung erforderlichen
Ausgangskomponenten beigemischt werden. Diese
letztgenannte Art der Zugabe empfiehlt sich insbesondere bei der Herstellung von stabilisierten, Estergruppen
aufweisenden Polyurethanen. Dabei kann das Hydrolyseschutzmittel entweder der Polyisocyanat-
oder der Polyolkomponenten zugegeben werden.
Erfindungsgemäß können insbesondere Estergruppen aufweisende Polyurethane wirksam gegen Hydrolyse
geschützt werden. Unter Estergruppen aufweisenden Polyurethanen sind beliebige unter Mitverwendung von
Estergruppen aufweisenden Hydroxyverbindungen hergestellte Polyurethane, d. h. Polyurethan-Schaumstoffe,
Polyurethan-Elastomere, Polyurethan-Beschichtungsmittel usw. zu verstehea
Außer zur Stabilisierung der Estergruppen aufweisenden Polyurethankunststoffe eignen sich die erfindungsgemäß
zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel auch zur Stabilisierung beliebiger anderer Estergruppen
aufweisender Kunststoffe, wie z. B. Polyestern aus zweibasischen Dicarbonsäuren wie Phthalsäure, Terephthalsäure,
Adipinsäure und mehrwertigen Alkoholen wie z. B. Glykol, Hexandiol, Glycerin, Trimethylpropan,
Pentaerythrit usw; seitenstämdige Estergruppen aufweisende polymere bzw. copolymere Acrylsäure- bzw.
Methacrylsäureester, Vinylester wie z. B. Polyvinylacetat usw. Derartige Kunststoffe können beispielsweise
als Lacke, Folien, Überzüge, Fasern, Schaumstoffe, Elastomere, Gießharze oder Preßkörper vorliegen.
Werden die Prüflinge in der unten angegebenen Zeit dem hydrolytischen Einfluß von Wasser bei 8O0C
ausgesetzt, so stellt man im Vergleich zu der nicht stabilisierten Probe nur einen relativ geringen Abfall der
Zugfestigkeit fest Werden im obigen Absatz 4 g 2^',
e.e'-Tetraisopropyldiphenylcarbodiimid (belgische Patentschrift
7 33 573) verwendet, so zeigt der Hydrolsetest, daß trotz doppelter Menge Stabilisator der
stabilisierende Effekt des Bis-Harnstoffs nicht erreicht wird.
Tage
0 1
0 1
Zugfestigkeit,kp/cm2
nicht 327 294 225 135 35 22
stabilisiert
stabilisiert 323 304 280 265 242 220
stabilisiert 323 304 280 265 242 220
Stabaxol 1
330 273 204 147 126 117
Während bei den nicht stabilisierten Probekörpern nach 9tägiger Einwirkung von H2O bei 8O0C nur noch
6,7% des Anfangwertes (Zugfestigkeit) gemessen werden können, sind es beim Bis-Harnstoff stabilisierten
noch 68% und bei dem genannten Carbodiimid 35,5%.
30
200 g eines Glykol-Adipimsäureesters der OH-Zahl 56
(=1,7% OH) werden bei 1300C und 12 mm Druck
entwässert Anschließend trägt man unter Rühren 37 g 1,5-Naphthylendiisocyanat ein und beobachtet zunächst
ein Abfallen der Reaktioniitemperatur auf ca. 1200C.
Nach ca. 10 Minuten ist die Temperatur wieder aus 128° C gestiegen, wonach man ein Gemisch aus 4 g
Butandiol-(1,4) und 2 g eines aus 1 Mol 1,6-Hexamethylendiisocyanat
und 2 Mol Diäthanolamin hergestellten Bis-Harnstoffes einrührt und die Schmelze in auf 1100C
erwärmte Formen gießt. Nach ca. 20 Minuten kann entformt werden. Der Formkörper wird noch ca. 12
Stunden bei 1100C nachgetempert, wonach man ein hochelastisches Polyurethan mit folgenden physikalischen
Eigenschaften erhält.
Prüfung | Prüfvorschrift | 50 | 84 |
Shore-Härte A | DIN 53 505 | 620 kg/cm2 | |
Zugfestigkeit | DIN 53 504 | 678% 55 | |
Bruchdehnung | DIN 53 504 | 52 kp/cm | |
Weiterreißfestigkeit | DIN 53 515 | ||
(Graves) | 53% | ||
Stoßelastizität | DIN 53 512 | 32 mm3 so | |
Abriebverlust | DIN 53 516 |
Wird der in Beispiel 1 verwendete Harnstoff durch 2,0 g des Umsetzungsproduktes aus 1 Mol Hexamethylendüsocyanat
und 2 Mol 2-Methylamino-äthanoI ersetzt, so ist ebenfalls eine bemerkenswerte Schutzwirkung
gegenüber dem Einfluß von Wasser bei 8O0C zu erkennen.
Tage
0
0
Zugfestigkeit, 353 300 282 262 233 204 kp/cm2
1 g N-Methyl-N'.N'-dihydroxyäthyl-harnstoff wird in
100 g eines Polyesters aus Adipinsäure, Diäthylenglykol und Trimethylolpropan (MG = 2000, OH-Zahl=56)
gelöst und die Reaktionsmischung auf 8O0C erwärmt Anschließend werden 8,5 g eines Isomeren-Gemisches
aus 65% 2,4- und 35% 2,6-Toluylendiisocyanat eingerührt
und die Mischung in eine Form gegossen. Nach ca. 3stündigem Ausheizen bei 1100C erhält man ein für
Druckwalzen geeignetes elastisches Material mit einer Shore-Härte A von 23. Gleichwertige Muster werden
hergestellt ohne den Zusatz von N-Methyl-N',N'-dihydroxyäthyl-harnstoff. Beide Vergleichsproben werden
in der unten angegebenen Zeit bei 8O0C in einem mit Wasser-Dampf gesättigten Heizschrank gelagert und
der Abfall der Shore-Härte A bestimmt.
1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Shore-Härte A
nicht stabil,
stabil.
stabil.
24 20 17 15 12 10 8 5
23 20 18 17 17 15 15 15 14 14 13 13 12 11 11 10 8
Eine Lösung von 3,0 g N-(p-Äthoxyphenyl)-N'-methyl-N'-(2-hydrcxypropyl)-harnstoff
(hergestellt aus p-Äthoxyphenylisocyanat und N-Methylamino-propanol-(2))
in 200 g eines Polyesters auf Basis Adipinsäure und Äthylenglykol (OH-Zahi = 56; Molekulargewicht
=2000) wird wie in Beispiel 1 angegeben mit 36,5 g 1,5-Naphthylendiisocyanat umgesetzt. Die Hydrolyseschutzwirkung
gegenüber dem Einfluß von Wasser bei 8O0C läßt sich bei stabilisierten und nicht
stabilisierten Proben aus der folgenden Tabelle erkennen.
Tage
0 1
0 1
Zugfestigkeit, kp/cm2
nicht stabil. 340 306 202 130 81 30 stabil. 297 272 217 172 127 103
20
IO stabilisierten Formkörper eine bemerkenswerte Ver besserung im Alterungsverhalten erkennen.
Tage
0
0
Zugfestigkeit, 327 306 302 278 238 219 kp/cm2
Ein Gemisch eines linearen Adipinsäure-Butandiol (1,4) Polyesters und Butandiol-(1,4) wird mit 4,4'-Diiso
cyanatodiphenylmethan in einem NCO/OH-Verhältni von 1,02 umgesetzt. Nach 1 stündigem Tempern de
Prüflinge wird das thermoplastische Polyurethai granuliert und 1 Gewichtsteil N-Cyclohexyl-N',N-dihy
droxyäthyl-hamstoff pro 100 Gewichtsteile Granula aufgetrommelt. Die nach dem Spritzguß bei 180—200°(
erhaltenen Prüfkörper werden in der unten angegebe nen Zeit bei 1000C in einer mit Wassergas gesättigtei
Atmosphäre gelagert und der Abfall der Zugfestigkei ermittelt.
Wird gemäß Beispiel 1 ein Polyurethan-Elastomer hergestellt, daß 1,0 Gewichtsteile eines aus Phenylsenföl
und Diäthanolamin gewonnenen N-Phenyl-N',N'-dihydroxyäthyl-thioharnstoffs
pro 100 Gewichtsteile Polyester enthält, so läßt der Hydrolyse-Test der so Tage
0 3 6 9
Zugfestigkeit, kp/cm2
nicht stabil. 383 42 zerstört zerstört
stabil. 200 137 122 110
stabil. 200 137 122 110
B09 532/1C
Claims (3)
1. Verwendung von Ν,Ν'-disubstituierten N-(2-Hydroxyalkyl)-harnstoffen
bzw. -thioharnstoffen als Hydrolyseschutzmittel für Estergruppen enthaltende Kunststoffe.
2. Verwendung der Harnstoffe bzw. Thioharnstoffe gemäß Anspruch 1 als Hydrolyseschutzmittel für
Estergruppen enthaltende Polyurethane.
3. Verfahren zur Herstellung von gegen Hydrolyse geschützten, Estergruppen enthaltenden Polyurethanen
aus Polyisocyanaten, Estergruppen aufweisenden Polyhydroxyverbindungen, Hydrolyseschutzmitteln
sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsund Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß als
Hydrolyseschutzmittel Ν,Ν'-disubstituieite N-(2-Hydroxyalkyl)-harnstoffe
bzw. -thioharnstoffe in Mengen von 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent, bezogen
auf Polyurethan, eingesetzt werden und daß das Hydrolyseschutzmittel einer der Ausgangskomponenten
vor oder während der Herstellung des Polyurethans zugemischt wird.
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