DE2106726C3 - Hydrolyseschutzmittel für estergruppenhaltige Kunststoffe - Google Patents
Hydrolyseschutzmittel für 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
-N-R2
R1-N=C-
O CH2
CH2
(R1 = Aryl, R2 = Alkyl, Aryl)
als Alterungsschutzmittel bei estergruppenhaltigen Verbindungen einzusetzen (französische Patentschrift
14 50919). Auch diese Verbindungsklasse neigt jedoch
zu Ausschwitzerscheinungen und die NCO/OH-Reakticn wird insbesondere bei höheren Temperaturen stark
beschleunigt
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Hydrolyseschutzmittel für Estergruppen enthaltende
Kunststoffe, insbesondere für Estergruppen enthaltende 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)-harnstoffen 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 PoIy-
urethankunststoffe einer der Ausgangskomponenten zugemischt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung von 0,5 bis 1,5 Gew.-% an N,N'-disubstiiuierten
N-(2-Hydroxyalkyl)-harnstoffen bzw. -thioharnstoffen als Hydrolyseschutzmittel für Estergruppen
enthaltende Kunststoffe.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Verwendung der Harnstoffe bzw. Thioharnstoffe
gemäß Anspruch 1 als Hydrolyseschutzmittel für
is Estergruppen enthaltende Polyurethane.
Für die erfindungsgemäße Verwendung geeignete Harnstoffe bzw. Thioharnstoffe sind insbesondere
solche der nachstehenden allgemeinen Formeln (I) bis (III):
NH-C-N-CH2-CH-OH
O(S)
O(S)
(I)
OH OH
I I
R3-CH CH-R3
CH2 CH2 (II)
R4-NH-C-N-R5-N-C-NH-R4
(XS) (XS)
(XS) (XS)
OH
CH-R3
R6 CH2
CH-R3
R6 CH2
(III)
0(S) (XS)
η eine ganze Zahl von 1 bis 4;
Ri einen n-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;
Vorzugsweise werden erfindungsgemäß Verbindungen der allgemeinen Formel (I) eingesetzt, insbesondere
solche, in welchen π für 1 oder 2 steht, Ri eine
Ci-Ce-Alkylgruppe, eine C2-Cg-Alkylengruppe, eine
C6-Ci2-Ary!gruppe oder eine C5-Cr-Cycloalkylgruppe
bedeutet; R2 für Methyl odor Hydroxyäthyl steht; und
R3 Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeutet
Grundsätzlich ist die Art der Substituenten Ri 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-Hydroxyalkyl-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, 3c
Methoxymethylisocyanat.Butylisocyanat, a-Methoxypropylisocyanat.Hexydecylisocyanat,
Cyclohexylisocyanat, Phenylisocyanat, p-Chlorphenylisocyanat.o-Tolylisocyanat,
p-Äthoxyphenylisocyanat, o-Nhxophenylisocyanat,
Benzylisocyanat, m-Isocyanatoäthylester der
Zimtsäure, 2,4-Dtchlorphenylisocyanat,
m-Isocyanatoäthylester der Zimtsaure, ^-DichlorphenylisocyanauNaphthylisocyanat,
o-Biphenylisocyanat, S-Nitro-^chlorphenylisoxyanat,
Tetramethylendiisocyanat,
Hexamethylendiisocyanat,
1,4-Phenylendiisocyanat,
Hexamethylendiisocyanat,
1,4-Phenylendiisocyanat,
1,4-Cyclohexylendiisocyanat,
2,4-ToluyIendiisocyanat,2,5-Toluylendiisocyanat,
4-Chlor-13-phenylendiisocyanat,
l^-Triäthyl^-phenylendiisocyanat,
6-Methyl-2,4-diäthyl-5-nitro-13-phenylendiisocyanat,
p-Xylylendiisocyanat, 4,6-Dimethyl-13-XylyIendiisocyanat,
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 Polyhyaroxylverbindungen wie &o z. B. das Umsetzungsprodukt von 3 Mol 2,4-Diisocyanatotoluol mit einem MoI Trimethylolpropan, Biuret-Polyisocyanate wie z. B. das durch Reaktion von Hexamethylendiisocyanat und Wasser zugängliche *>5
4,4'-Diisocyanatodiphenyläther, 4,4'-Diisocyanato-dicyclohexylmethan, 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, 1,5-Naphthylendiisocyanat,
4,4',4"-Triisocyanatotriphenylmethan, Umsetzungsprodukte von Diisocyanaten mit niedermolekularen Polyhyaroxylverbindungen wie &o z. B. das Umsetzungsprodukt von 3 Mol 2,4-Diisocyanatotoluol mit einem MoI Trimethylolpropan, Biuret-Polyisocyanate wie z. B. das durch Reaktion von Hexamethylendiisocyanat und Wasser zugängliche *>5
isocyanaten können zur Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel auch
höhermolekulare Mono- bzw. Polyisocyanate eingesetzt werden, wie sie beispielsweise durch Umsetzung von
hökermolekularen endständige Hydroxylgruppen aufweisenden Polyäthern bzw. Polyestern mit überschüssigem
Diisocyanat hergestellt werden können. Anstatt dei 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 -ButyJamino-hexanol-(2X
2-Dodecylamino-äthanoI,
2-Hexadecylamino-äthanol,
2-Stearylarp.ino-äthanol,
2-Cycluhexylamino-äthanol,
(2-Hydroxyäthyl)-anilin,
2-{p-Chlorphenylamino)-äthanol,
2-(p-Methoxyphenylamino)-äthanol,
2,2'-Dihydroxy-diäthyIamin,
2,2'-Dihydroxy-dipropylamin,
2-(2-Methylaminoäthylamino)-äthanoI-(l),
2-(2-Cyanoäthylamino)-äthanol-(l).
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Hydrolyseschutzmittel eignen sich zur Stabilisierung beliebiger
Estergruppen aufweisender Kunststoffe. Erfindungsgemäß genügen zur ausreichenden Stabilisierung der Estergruppen
aufweisenden Kunststoffe 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 Hydroxylverbindungen hergestellte Polyurethane, d. h. Polyurethan-Schaumstoffe,
Polyurethan-Elastomere, Polyurethan-Beschichtungsmittel usw. zu verstehen.
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; seitenständige 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 Preßkötper vorliegen.
200 g eines Glykol-Adipinsäureesters 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 Reaktionstemperatur 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-Hexamethy-Iendüsocyanat
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 110° C nachgetempert, wonach man ein
hochelastisches Polyurethan mit folgenden physikalischen Eigenschaften erhält
Tage
0
0
Zugfestigkeit,kp/cm2
nicht 327
nicht 327
stabilisiert
stabilisiert 323
stabilisiert 323
294 225 135 35 22 304 280 265 242 220
Prüfung | Prüfvorschrift | 84 |
Shore-Härte A | DIN 53 505 | 620 kg/cm2 |
Zugfestigkeit | DIN 53 504 | 678% |
Bruchdehnung | DIN 53 504 | 52 kp/cm |
Weiterreißfestigkeit | DIN 53 515 | |
(Graves) | 53% | |
Stoßelastizität | DIN 53 512 | 32 mm3 |
Abriebverlust | DIN 53516 | |
Werden die Prüflinge in der unten angegebenen Zeit dem hydrolytischen Einfluß von Wasser bei 800C
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 2,2', 6,6'-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.
ίο Stabaxoll 330 273 204 147 126 117
nach 9tägiger Einwirkung von H2O bei 800C nur noch
6,7% des Anfangwertes (Zugfestigkeit) gemessen
werden können, sind es beim Bis-Harnstof f stabilisierten
noch 68% und bei dem genannten Carbodiimid 35,5%.
Wird der in Beispiel 1 verwendete Harnstoff durch 2,0 g des Umsetzungsproduktes aus 1 Mol Hexamethylendiisocyanat
und 2MoI 2-Methylamino-äthanol ersetzt,
so ist ebenfalls eine bemerkenswerte Schutzwirkung gegenüber dem Einfluß von Wasser bei 800C zu
erkennen.
Tage
0 1 3 5 7 9
Zugfestigkeit,
kp/cm2
kp/cm2
353 300 282 262 233 204
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 80° C 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 erhäk 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 mh
Wasser-Dampf gesättigten Heizschrank gelagert und der Abfall der Shore-Härte A bestimmt
0 1
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
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 7 6
Eine Lösung von 3,0 g N-<p-Äthoxyphenyl)-N'-methyl-N'-(2-hydroxypropyl)-harnstoff
(hergestellt aus p-Äthoxyphenylisocyanat und N-Methylamino-propanol-(2))
in 200 g eines Polyesters auf Basis Adipinsäure und Äthylenglykol (OH-Zahl-56; Molekulargewicht
= 2000) wird wie in Beispiel 1 angegeben mit 36,5 g 1,5-Naphthylendüsocyanat umgesetzt Die Hydrolyseschutzwirkung
gegenüber dem Einfluß von
Wasser bei 80° C läßt sich bei stabihiierten und nicht
stabilisierten Proben aus der folgenden Tabelle erkennen.
Tage
0 1 3 5 7 9
Zugfestigkeit, | kp/cm2 | 306 | 202 | 130 | 81 | 30 |
nicht stabil. | 340 | 272 | 217 | 172 | 127 | 103 |
stabil. | 297 | |||||
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 stabilisierten Formkörper eine bemerkenswerte Verbesserung
im Alterungsverhalten erkennen.
Tage
0 13 5 7 9
Zugfestigkeit, 327 306 302 278 238 219 kp/cm2
Beispiel 6 Ein Gemisch eines linearen Adipinsäure-Butandiol-
(1,4) Polyesters und Butandiol-(1(4) wird mit 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan
in einem NCO/OH-Verhältnis von 1,02 umgesetzt Nach 1 stündigem Tempern der
Prüflinge wird das thermoplastische Polyurethan granuliert und 1 Gewichtsteil N-Cyclohexyl-N'.N-dihydroxyäthyl-harnstoff
pro 100 Gewichtsteile Granulat aufgetrommelt Die nach dem Spritzguß bei 180—2000C
erhaltenen Prüfkörper werden in der unten angegebenen Zeit bei 100° C in einer mit Wassergas gesättigten
ίο Atmosphäre gelagert und der Abfall der Zugfestigkeit ermittelt.
Tage
0 3 6 9
Zugfestigkeit, kp/cm2
nicht stabil. 383 42 zerstört zerstört
stabil. 200 137 122 110
Claims (2)
1. Verwendung von 0,5 bis 1,5 Gew.-% an 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.
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