DE2204481B2 - Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines flexiblen PolyurethanschaumsInfo
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Description
Es ist bekannt, zur Herstellung von Polyurethanschäumen Kombinationen aus einem organischen
Zinnsalz und Triäthylendiamin als Katalysator zu verwenden. Mit diesem Katalysatorgemisch konnten
Schaumstoffe mit einer Dichte von 0,021 bis 0,027 g/cm3
hergestellt werden. Schwierigkeiten traten jedoch auf, wenn man versuchte, flexible Polyurethanschäume mit
höherer Dichte herzustellen, weil die geringere Konzentration an Wasser pro Gewichtseinheit Polyol im
Vergleich zu den bei Schäumen geringerer Dichte verwendeten Konzentrationen zu erheblichen Änderungen
im Verhalten des Ausgangsmaterials führte.
Polyurethanschaumhersteller erzeugen Ausgangsmaterialmischungen, die unter Bildung des gewünschten
Polyurethanschaums reagieren. Bestimmte Vorrichtungen, Polyisocyanate, Polyole, oberflächenaktive
Mittel, Modifizierungsmittel und Katalysatoren werden für eine große Zahl von Polyurethanschaumherstellern
auf den Markt gebracht. Viele Hersteller bevorzugen die Möglichkeit, Rezepturen durch Wechseln
einer oder mehrerer Reaktionskomponenten zu variieren, wobei sich die Zulieferer der einzelnen
Komponenten dahingehend einstellen, daß sie Materialien auf den Markt bringen, die für vielfache
Variationen der Rezepturen geeignet sind. Eine vom Hersteller gegebene Grundrezeptur eröffnet dabei
einem erfahrenen Polyurethanchemiker viele Möglichkeiten, Abwandlungen davon im Hinblick auf die
Polyole, Polyisocyanate und oberflächenaktive Mittel zu treffen.
Was Polyisocyanat und Polyol betrifft, sind Abänderungen
der Rezepturen und Anpassung der Rezepturen an verschiedene Mischvorrichtungen als Routineabänderungen
anzusehen, die dem Durchschnittstechnologen offensichtlich zur Verfügung stehen. Was jedoch
Katalysatoren und Katalysatorgemische betrifft, so sind spezifische Verhältnisse Tür spezifische Katalysatoren
notwendig. Größere Änderungen der Konzentrationen eines jeden der verschiedenen Katalysatoren sind als
nicht möglich angesehen worden. Im allgemeinen werden die Anweisungen und Spezifikationen der Katalysatorhersteller
als bindend angesehen.
Mischgeräte, die die Reaktionskomponenten in eingestellten Verhältnissen fördern, arbeiten mit einer
begrenzten Präzision und sind chronologisch nicht genau aufeinander abgestimmt. Werden zwei katalysatorhaltige
Ströme zur Herstellung eines Ausgangsgemisches zusammengemischt, kann das Verhältnis
eines Katalysators zu dem anderen beträchtlich aufgrund der Ungenauigkeii der Mischgeräte variieren.
Katalysatorsysteme, die geeignet sind, wenn jeder Katalysator genau bemessen wird, die aber eine enge
Verhältnisbreite der Katalysatorkomponenten haben,
lü können für die industrielle Erzeugung von Polyurethanschäumen
ungeeignet sein aufgrund der den Proportionierungssystemen der Mischgeräte eigenen nicht
gleichförmigen Leistung.
Versuche, die unter genauer Dosierung der Ausgangsstoffe, die eine Katalysatorkombination aus Triäthylendiamin und Zinnoctanoat enthielten, durchgeführt wurden, haben innerhalb eines breiten Bereiches von Schaumdichten gute Ergebnisse gezeigt. Es wurden jedoch nur in begrenztem Umfange derartige Katalysatorkombinationen zur Herstellung von Schäumen mit Dichten von 0,032 bis 0,064 g/cm3 infolge der engen Konzentrationsbreite des Zinnkatalysators, die für eine gegebene Konzentration an Triäthylendiamin zulässig ist, angewendet. Das Zinnoctanoat und das Triäthylendiamin können nicht über Monate hinweg in dergleichen Lösung gelagert werden. Da derartige Mischungen keine lang andauernde Lagerungsfähigkeit besitzen, war es üblich, die zwei Komponenten in die Mischkammer in zwei getrenn-
Versuche, die unter genauer Dosierung der Ausgangsstoffe, die eine Katalysatorkombination aus Triäthylendiamin und Zinnoctanoat enthielten, durchgeführt wurden, haben innerhalb eines breiten Bereiches von Schaumdichten gute Ergebnisse gezeigt. Es wurden jedoch nur in begrenztem Umfange derartige Katalysatorkombinationen zur Herstellung von Schäumen mit Dichten von 0,032 bis 0,064 g/cm3 infolge der engen Konzentrationsbreite des Zinnkatalysators, die für eine gegebene Konzentration an Triäthylendiamin zulässig ist, angewendet. Das Zinnoctanoat und das Triäthylendiamin können nicht über Monate hinweg in dergleichen Lösung gelagert werden. Da derartige Mischungen keine lang andauernde Lagerungsfähigkeit besitzen, war es üblich, die zwei Komponenten in die Mischkammer in zwei getrenn-
jo ten Strömen einzupumpen. Die unvermeidbaren Veränderungen
der Mengenverhältnisse, die bei einem derartigen getrennten Zupumpen der Ströme in Kauf
zu nehmen sind, bedingen derartige Schwankungen, daß eine Verwendung der erwünschten Katalysatorkombination
zur Herstellung von Schäumen mit Dichten von 0,032 bis 0,064 g/cm·1 unter Einsatz von
mechanischen Vorrichtungen nur relativ begrenzt möglich ist. Daher wurden tertiäre Amine, wie
N-Äthylmorpholin, in Kombination mit Zinnoctanoat zur Herstellung von Schäumen mit dem angegebenen
Dichtebereich eingesetzt. Obwohl Triäthylendiamin wesentlich aktiver ist, in kleineren Mengen eingesetzt
werden muß und auch andere Vorteile gegenüber N-Äthylmorpholin besitzt, hat der einzige Nachteil
des engen Spielraums bei der Kombination mit Zinnoctanoat bei der Herstellung von Schäumen mit
Dichten innerhalb des angegebenen Bereiches ausgereicht, Triäthylendiamin in vielen Anlagen nicht mehr
einzusetzen.
μ In der US-PS 34 48 065 wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Polyurethanschaums unter Einsatz von Katalysatorgemischen aus Zinnoctanoat und einem
N-hydroxyalkylsubstituierten Imidazol beschrieben. Die in dieser US-PS beschriebenen Katalysatorsysteme
sind repräsentativ für Katalysatorsysteme, die eine sehr enge Zinn-Cokatalysatorbreite, wie sie vorstehend
erwähnt wurde, aufweisen.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums mit einer
w) Dichte von 0,032 bis 0,064 g/cm1 durch Umsetzung
eines Polyalkylenätherpolyols mit wenigstens zwei Alkanolgruppen pro Molekül, eines organischen PoIyisocyanats
mit wenigstens zwei Isocyanatgruppen pro Molekül und 1,5 bis 2 Teilen Wasser pro 100 Teile
des Polyalkylenätherpolyols in Gegenwart eines Zinn-(Il)-octanoat und ein N-hydroxyalkylsubstituiertes
Imidazol enthaltenden Katalysatorsystems. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein
Katalysatorsystem verwendet, das aus Zinn-(II)-octanoat, l-{2-Hydroxypropyl)-imidazol und dem Diformiat
des Triäthylendiamins besteht, und in dem die Gewichtsmenge des l-(2-Hydroxypropyl)-imidazols
nicht größer ist als die Menge des Diformiats des Triäthylendiamins in dem Reaktionsgemisch.
Die Verwendung des Diformiats des Triäthylendiamins ermöglicht die Einhaltung eines breiten Konzentrationsbereiches
des Aminkatalysators sowie eines breiten Zinnoctoatkonzentralionsbereiches. Diese
Flexibilität wird bei der Durchfuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt, ohne daß dabei die
Schaumbildung beeinträchtigt wird. Durch die Erfindung wird es möglich, einen Ansatz, der das Diformiat
des Triäthylendiamins enthält, unter Gewinnung von ausgezeichneten Schäumen mit der genannten Dichte
innerhalb sehr kurzer Zeitspannen auszuschäumen.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
100 Teile propoxyliertes Glyzerin mit einem Molekulargewicht von 3500 wurden in einem Schaumansatz
mit 2,0 Teilen Wasser, 1,0 Teil oberflächenaktivem Silikon und 29,2 Teilen Toluylendiisocyanat (80/20-
Gemisch des 2,4- und 2,6-Isomeren) eingesetzt, was einem TDI-Index von etwa 110 entsprach. Es wurde
eine Reihe von Katalysatorsystemen untersucht, die jeweils 0,15 Teile eines Gemisches aus 27Gew.-%
l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol und 73 Gew.-% des Diformiats des Triäthylendiamins pro 100 Teile des propoxylierten
Glyzerins und verschiedene Konzentrationen, d. h. 0,15, 0,18, 0,20, 0,22 und 0,25 Teile pro
100 Teile Polyol, Zinn-(II)-octanoat enthielten. Zum Vergleich wurde das vorstehend genannte Gemisch aus
l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol und dem Diformiat des Triäthylendiamins einmal durch 0,12 Teile Triäthylendiamin
pro 100 Teile propoxyliertes Glyzerin (Kontrollversuch A) und zum anderen durch ein Gemisch aus
0,1 Teilen N-Äthylmorpholin und 0,05 Teilen Triäthylendiamin
pro 100 Teile propoxyliertes Glyzerin (Kontrollversuch B) ersetzt. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 1 wiedergegeben. Die Ergebnisse zeigen, daß der flexible Polyurethanschaumstoff, der unter Verwendung
eines Katalysatorsystems aus Triäthylendiamin und Zinn-(II)-octanoat hergestellt worden ist, eine
weniger zufriedenstellende Zugfestigkeit und Dehnung besaß als ein mit dem erfindungsgemäß verwendeten
Katalysatorsystem hergestellter Schaumstoff.
_>ji ■;* |
Triäthylendiamindilormial/ | Beispiel I | 0,15 | 0,15 | 0,15 | Kontrollvcrsuch | _ | A | _ | Kontrollvcrsuch B | _ | 0,05 | 0,05 |
1-(2-Hydroxypropyl)- | 0,15 | 0,15 | _ | _ | 0,10 | 0,10 | |||||||
I | imidazol-Gemisch | 0,20 | 0,22 | ||||||||||
% | (73:27 Gcw.-%), Teile | 8 | 7 | ||||||||||
'\* | Triäthylendiamin, Teile | - | - | - | 0,12 | 0,12 | 0,05 | 240 | 165 | ||||
'■/ | N-Äthylmorpholin, Teile | - | - | - | - | - | 0,12 | - | 0,12 | 0,10 | |||
ί | Zinn-(il)-octanoat, Teile | - | 0,18 | 0,20 | 0,22 | 0,18 | - | 0,22 | - | 0,18 | 0,728 | 0,505 | |
Aufrahmzeit, Sekunden | 0,15 | 8 | 7 | 6 | 0,25 | 8 | 0,20 | 7 | 0,25 | 7 | |||
Steigzeit, Sekunden | 10 | 170 | 158 | 150 | 6 | 145 | 7 | 140 | 6 | 265 | 0,0462 | 0,0458 | |
Schaumcigenschal'tcn | 250 | 125 | 150 | 140 | 21,2 | 22,8 | |||||||
Luftdurchlässigkeit, | 1,13 | 1,32 | 0,604 | 0,873 | 0,60 | 1,365 | 1,55 | 1,15 | |||||
!/Sekunden | 1,11 | 0,439 | 0,68 | 0,406 | 260 | 184 | |||||||
Dichte, g/cm1 | 0,0453 | 0,0425 | 0,0451 | 0,0451 | 0,0434 | 0,047 | 0,425 | 0,518 | |||||
i | Zellen/cm linear | 0,0453 | 22 | 22,8 | 24,4 | 0,0411 | 25,2 | 0,044 | 20 | 0,0439 | 18,5 | 52 | 50 |
Zugfestigkeit, kg/cnr | 22 | 1,32 | 1,42 | 1,53 | 21,2 | 0,915 | 20 | 0,927 | 22 | 1,56 | |||
Dehnung, % | 1,64 | 237 | 269 | 27') | 1,38 | 136 | 0,935 | 141 | 0,920 | 257 | |||
i | Reißfestigkeit, kg/cm | 326 | 0,415 | 0,362 | 0,402 | 264 | 0,200 | 135 | 0,225 | 133 | 0,479 | ||
•;i | Rückprall, % | 0,482 | 53 | 51 | 50 | 0,312 | 55 | 0,282 | 53 | 0,220 | 52 | ||
51 | 36 | 54 | 47 | ||||||||||
Tabelle 1 zeigt, daß die erfindungsgemäß verwendete Katalysatormischung hinsichtlich der einsetzbaren
Menge an Zinn-(II)-octanoat einen attraktiven Spielraum bei der Verwendung in Rezepturen hatte, die
Wasser in der Größenordnung von 2 Teilen und oberflächenaktives Silikon in der Größenordnung von
einem Teil pro 100Teile propoxyliertem Glyzerin enthielten.
Die Zugfestigkeit des Schaums, der unter Verwendung von 0,22 Teilen Zinn-(II)-octanoat erfindungsgemäß
hergestellt worden ist (1,53 kg/cm2), liegt um 63% über der Zugfestigkeit des nach dem Kontrollversuch
A mit 0,22 Teilen Zinn-(II)-octanoat hergestellten Schaums. Der gleiche Schaum besitzt eine
Dehnung von 279% und lag damit um 97% über der Dehnung von 141% des nach dem Kontrollversuch A
hergestellten Schaums. Die Angaben der Tabelle I belegen, daß das erfindungsgemäß verwendete Katalysatorsystem
die Bildung von Schaumstoffen fördert, die eine verbesserte Zugfestigkeit und Dehnung bei
Anwendung eines größeren Konzentrationsbereichs an Zinn-(Il)-octanoat besitzen, und die weder im Kontrollversuch
A noch im Kontrollversuch B erreicht werden. Die Tabelle 2 zeigt die Überlegenheit des Katalysatorsystems
in bezug auf den Mengenspielraum der Katalysatorbestandteile. Eine Reihe flexibler Polyurethanschäume
wurde mit einer Hennecke-Maschine hergestellt. Die Blockgröße war 28,316 1. Die Blöcke
wurden erhalten durch 12 Sekunden langes Ausgießen der schäumbaren Mischung aus einer Hennecke-Maschine
mit einem Stiftmischer, einem Zylinder von 100 mm X 59 mm und einer Düsengröße von
100 mm X 14 mm bei einer Mischgeschwindigkeit von 4200UpM und einem Durchsatz von 7,9 kg/Min. Die
Ausgangsmaterialien wurden der Maschine in fünf Strömen zugeführt, die so bemessen waren, daß sich
eine Rezeptur aus 100 Teilen propoxyliertem Glyzerin mit einem Molekulargewicht von 3500, welches eine
Temperatur von etwa 23°C hatte, als Strom l,Toluylendiisocyanat
als Strom 2 mit einem TDI-Index von 110,
als Strom 3 eine Mischung aus 1,?5 Teilen Wasser und der in Tabelle 2 angegebenen Menge der Mischung
aus 73 Gew.-% Triäthylendiamindiformiat und 27Gew.-% l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol, als Strom 4
0,7 Teile oberflächenaktives Silikon in Dioctylphthalat als Lösungsmittel und als Strom 5 die in Tabelle 2
angegebene Menge an Zinn-(II)-octanoat in Dioctyl- -, phthalat als Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel ergab.
Pie Ansätze A bis K zeigton, daß ein vernünftiger Bereich von interessanten Eigenschaften durch geeignete
Variation der Konzentration des Katalysatorsystems erzielt werden kann.
Tabelle 2 | Triäthylendiamin- | Sn-(II)- | Aurrahm | Steigzeit | Dichte | Luftdurch- | Zellen |
Ansatz | diformiat/l-(2- | oclanoat | zeit | lassigkeit | pro cm | ||
Hydroxypropyl)- | pro 100 Teile | ||||||
imidazol-Mischung, | Polyol | ||||||
Teile pro 100 Teile | |||||||
Polyol | (Sek.) | (Sek.) | (g/cm3) | (I/Sek.) | |||
0,200 | 0,15 | 7 | 205 | 0,0526 | 0,128 | 18,5 | |
A | 0,375 | 0,ii | 6 | 160 | 0,0547 | 0,168 | 20 |
B | 0,500 | 0,15 | 6 | 165 | 0,0509 | 0,26 | 24,4 |
C | 0,750 | 0,15 | 0-2 | 155 | 0,0480 | 0,156 | 25,6 |
D | 0,200 | 0,22 | 7 | 195 | 0,0549 | 0,123 | 25,6 |
E | 0,375 | 0,22 | 6 | 150 | 0,0522 | 0,043 | 25,6 |
F | 0,500 | 0,22 | 4-5 | 155 | 0,0497 | 0,104 | 30 |
G | 0,75 | 0,22 | 0-2 | 144 | 0,0491 | 0,218 | 25.6 |
H | 0,15 | 0,25 | 8 | 183 | 0,0451 | 0,60 | 20 |
J | 0,15 | 0,30 | 8 | 155 | 0,0437 | 0,44 | 20 |
K | |||||||
In diesem Beispiel wurde bei zwei höheren Konzentrationen der Mischung aus Triäthylendiamindiformiat
und l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol (73:27Gew.-%) im Katalysatorsystem gearbeitet.
100 Teile propoxyliertes Glyzerin mit einem Molekulargewicht
von etwa 3500 wurden eingesetzt. Das 80/20-Gemisch der Isomeren des Toluylendiisocyanats
wurde entsprechend einem Index von 110 eingesetzt, was 29,2 Teile pro 100 Teile des Polyols entsprach.
Die Rezeptur enthielt zwei Teile Wasser und 1,0 Teil oberflächenaktives Silikon pro 100 Teile des Polyols.
Bei den Ansätzen A bis D wurde das Gemisch aus 27 Teilen l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol und 73 Teilen
des Triäthylendiamindiformiats in einer Konzentration von 0,375 Teilen pro 100 Teile des Polyols verwendet.
Bei den Ansätzen E bis G betrug deren Konzentration 0,50 Teile pro 100 Teile des Polyols. Angaben bezüglich
der Leistung dieses Katalysatorsystems sind in Tabelle 3 angegeben.
Ansatz
Triäthylendiamin- 0,375
diformiat/
l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol-Mischung
(73:27 Gew.-%), Teile
Sn-(Il)-octanoat, Teile 0,15
Aufrahmzeit, Sek. 12
Steigzeit, Sek. 130
diformiat/
l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol-Mischung
(73:27 Gew.-%), Teile
Sn-(Il)-octanoat, Teile 0,15
Aufrahmzeit, Sek. 12
Steigzeit, Sek. 130
Schaumeigenschaften
Dichte, g/cm3 0,0464
Luftdurchlässigkeit, 0,822
1/Sek.
Zellen pro cm linear 17,3
Zugfestigkeit, 0,900
kg/cm2
Dehnung, %
Reißfestigkeit, 0,311
ka/cm
ka/cm
0,375
0,375
0,375
0,50
0,50
0,50
0,50
0,20 | 0,25 | 0,30 | 0,15 | 0,20 | 0,25 | 0,30 |
8 | 7 | 6 | 9 | 7 | 6 | 5 |
128 | 125 | 130 | 132 | 135 | 140 | 136 |
0,0445 | 0,0448 | 0,0451 | 0,0443 | 0,0443 | 0,0439 | 0,0427 |
1,172 | 0,756 | 0,066 | 0,76 | 0,652 | 0,571 | 0,31 |
18,5 | 18,5 | 15,7 | 17,3 | 17,3 | 21,2 | 15,7 |
0,921 | 0,914 | - | 1,028 | 1,090 | 1,077 | 1,14 |
158 | 158 | - | 208 | 233 | 225 | 225 |
0,329 | 0,258 | - | 0,345 | 0,357 | 0,313 | 0,325 |
Die Angaben in Tabelle 3 zeigen, daß ein weiter Spielraum hinsichtlich der Zusammensetzung des
Katalysatorsystems sowohl in bezug auf die Menge des Zinn-(H)-octanoats als auch der übrigen Bestandteile
dieses Systems besteht, was es den Herstellern flexibler Polyurethanschaumplatten ermöglicht, darauf zu vertrauen,
daß kleinere Schwankungen der Katalysatorkonzentration die Schaumqualität nicht über Gebühr
beeinträchtigen. Im Ansatz D wurde ein Schaumstoff mit einer großen Menge geschlossener Zellen erhalten.
Kontrollversuche wurden zur Abschätzung des Effek-
10
tes des Weglassens des l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol:
ausgewertet. Probeblöcke von etwa 28 I wurden unte Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Hen
necke-Maschine hergestellt. Die Rezeptur wurde dahin gehend abgewandelt, daß lediglich das Triäthylendi
amindiformiat als Aminkatalysator eingesetzt wurde Die Rezeptur enthielt das TDI mit einem Index vor
110,100 Teile propoxyliertes Glyzerin mit einem Mole
kulargewicht von 3500, 2,0 Teile Wasser und 1,0 Tei oberflächenaktives Silikon. Die Angaben zu dieser
Ansätzen finden sich in Tabelle 4.
Ansatz
Triäthylen-
diamindi-
formiat
(Teile)
Zinn-(II)-octanoat
(Teile)
Aufrahm- Steigzeit Dichte zeit
(Sek.)
(Sek.) (g/cm3)
Luftdurch- Zellen
lässigkeit pro cm
lässigkeit pro cm
(1/Sck.)
A
B
C
D
B
C
D
0,15
0,15
0,15
0,21
0,15
0,15
0,21
0,15
0,20
0,25
0,15
0,20
0,25
0,15
13
12
12
13
12
12
13
0,0469
0,0446
0,0411
0,0490
0,0446
0,0411
0,0490
1,04
1,09
1,51
1,04
1,09
1,51
1,04
20
20
22,8
18,5
20
22,8
18,5
Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen, daß das Triäthylendiamindiformiat
in Kombination mit Zinn-(II)-octanoat zwar als Katalysator wirksam ist, jedoch ergibt
ein Vergleich der Ergebnisse der Tabellen 1 und 4, daß die Mischung mit l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol
für bestimmte Anwendungen von kommerziellem Interesse besser ist, insbesondere im Hinblick auf 3>
Aufrahm- und Steigzeit.
Eine Reihe von Proben wurde durch Handmischen 4i>
von Rezepturen hergestellt, die verschiedene Anteile an l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol und Triäthylendiamindifoimiat
enthielten. Der Schaum fiel zusammen, wenn l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol ohne jedes Triäthylendiamindiformiat
verwendet wurde. Die obere Grenze Pur die Konzentration des l-(2-Hydroxypropyl)-imidazols
in den Mischungen mit Triäthylendiamindiformiat wurde für eine Mischung aus gleichen Gewichtsteilen
dieser beiden Katalysatorbestandteile ermittelt. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 5 so
zusammengestellt.
Tabelle | 5 | Auf- |
An | 1 -(2-1 lytJroxy- | rahm- |
satz | propyl)- | zcit |
imidazol/ | ||
Triäthylcn- | ||
diaminiiiformiat- | ||
Verhültnissc | ||
ZC it
(Sek.) (Sek.)
Dichte
(g/cm1)
Λ | 100/0 | 7 | 125 | zusammen |
gefallen | ||||
Ii | 50/50 | X | 140 | 0,05 12 |
( | 4()/f)0 | X | 145 | 0,0528 |
I) | 30/70 | 7 | 14 S | 0,0544 |
An | l-(2-l-lydroxy- | AuI- | Steig | Dichte |
satz | propyl)- | rahm- | zeit | |
imidazol/ | /c it | |||
Tniithylcn- | ||||
diamindiformiut- | ||||
Verhältnisse | ||||
(Sek.) | (Sek.) | (g/cm-1J |
25/75
20/80
10/90
20/80
10/90
9
10
10
10
10
145
150
165
150
165
0,0448
0,0528
0,0496
0,0528
0,0496
In den gleichen Versuchen wurden jeweils 100 Teile propoxyliertes Glyzerin mit einem Molekulargewiehi
3500, 0,7 Teile oberflächenaktives Silikon, 1,75 Teils Wasser, 26,6 Teile Toluylendiisocyanat (Index 110).
0,15 Teile Zinn-(II)-octanoat und 0,6 Teile der 1-(2-Hydroxypropyl)-imidazol/Triäthylendiamindiformiat-Mischung
umgesetzt.
Die Angaben zeigen, daß l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol,
wenn es in dem Gemisch zu nicht mehr als dem Gewicht des Triäthylendiamindiformiats verwendet
wird, bei der Polyurethanschaumherstellunj brauchbar ist.
Eine Anzahl Probewürfel aus flexiblem Polyurethanschaum wurde unter Verwendung der Hennecke-Schaummaschine
hergestellt. Das propoxylierte Glyzerin besaß ein Molekulargewicht von 3500. Als Polyisoeyanat
wurde das Isocyanat gemäß Beispiel 1 ir einer Menge entsprechend einem Isocyanatindex vor
110 eingesetzt. Die Konzentration an oberflächenaktivem Silikon betrug ein Teil, die Konzentration de;
Wassers 2 Teile pro 100 Teile Polyol. Das Katalysatorsystem bestand aus gleichen Gcwichtslcilcn 1-(2-HydroxypropyO-imidazol
und Triüthylcndiamindiformial sowie Zinn-(II)-ocliinoat in den in Tabelle 6 angegebenen
Mengen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 wiedergegeben.
Ansatz Triäthylendiamin- Sn-(H)-
diformiat/l-(2- octanoat,
Hydroxypropyl)- Teile/
imidazol-Mischung 100 Teile
(5O:5OGew.-%), Polyol
Teile/100 Teile
Polyol
Teile/100 Teile
Polyol
Aufrahm
zeil
zeil
Steigzeit Dichte
(Sek.) (Sek.) (g/cm3)
Luftdurch- Zellen
lüssigkeit pro cm
lüssigkeit pro cm
(1/Sek.)
A
B
C
D
E
F
G
H
J
B
C
D
E
F
G
H
J
0,375
0,5
0,5
0,5
0,5
0,73
0,73
0,73
0,73
0,25
0,15
0,20
0,25
0,30
0,15
0,20
0,25
0,30
0,15
0,20
0,25
0,30
0,15
0,20
0,25
0,30
Die Angaben in Tabelle 6 zeigen, daß die Katalysatormischung über einen breiten Konzentrationsbereich des Zinn-(II)-octanoats brauchbar ist, was einen
Spielraum von kommerziellem Interesse schafft.
Bislang war es ständige Praxis, oberflächenaktive Mittel in einer Schaumstoffrezeptur in Konzentrationsbereichen einzusetzen, die auf die Menge der verwendeten
Ausgangsstoffe bezogen waren und die im allgemeinen die Konzentration oder die Art des Treibmittels
wenig berücksichtigten, egal ob dieses eine flüchtige Flüssigkeit, eine thermisch nicht stabile Verbindung,
eine chemisch reaktionsfähige Verbindung oder ein eingemischtes Gas war. Oberflächenaktive
Mittel auf Silikonbasis wurden im allgemeinen in einer Konzentration von 0,7 bis 1,5 Teilen Silikon pro
100 Teile Polyol eingesetzt, und ein solcher Bereich wurde für ratsam gehalten, ohne Rücksicht darauf,
welche weiteren Änderungen in der Rezeptur der Ausgangsstoffe vorgenommen wurden. Überraschenderweise
wurde gefunden, daß die Verarbeitbarkeit von Polyurethanschaum-Vorläufern mit 1,75 bis 2 Teilen
Wasser pro 100 Teile Polyol durch die Verwendung von 0,25 bis 0,35 Teilen oberflächenaktivem Silikon
pro 100 Teile Polyol verbessert wird. Wie in Tabelle 7 gezeigt, wurden bei Verwendung einer Silikonkonzentration
von 0,25 Teilen pro 100 Teile Polyol überlegene Ergebnisse erzielt:
Tabelle 7 | 110 | 0,30 |
TDI-Index | 27,0 | |
Toluylendiisoeyanat, 80/20-Mischung | 100,0 | 0,70 0,70 |
Propoxylicrtcs Glyzerin, MG = 3500 | 1,75 | |
Wasser | 0.15 0.22 | |
Triäthylcndiamindilorniial/ | ||
l-(2-llvdroxypropyl)-imidazol-Mischung | ||
(73:27 Gew.-%) | ||
Silikon, | ||
Teile/100 Teile Polyol 0,25 0,25 | ||
Sn-(ll)-octanoal, | ||
Teile/100 Teile Polvol 0.15 0.22 | ||
125 0,0448 | 0,755 | 18,5 | I | 8 |
160 0,0454 | 0,564 | 17,3 | 168 | 240 |
153 0,0456 | 0,460 | 20 | ||
142 0,0445 | 0,281 | 21,1 | 0,0488 | 0,056 |
140 0,0442 | 0,127 | 24,4 | ||
160 0,0439 | 0,675 | 20 | 0,434 | 0,434 |
147 0,0427 | 0,454 | 21,2 | 20,8 | 20,8 |
138 0,0442 | 0,543 | 21,2 | 1,006 | 0,815 |
130 0,0419 | 0,046 | 18,5 | 181 | 122 |
Aufrahmzeit, Sek. | 2 | 0,375 | 0,375 | |
Steigzeit, Sek. | 175 | |||
2> Schaumeigenschaften | ||||
Dichte, g/cm1 | 0,0507 | |||
Luftdurchlässigkeit, | ||||
1/Sek. | 0,775 | |||
J0 Zellen pro cm | 21,2 | |||
Zugfestigkeit, kg/cm2 | 0,900 | |||
Dehnung, % | 150 | |||
Reißfestigkeit, kg/cm | 0,312 |
Durch Verwendung von nur 0,25 Teilen oberflächenaktivem Silikon pro 100 Teile Polyol wird eine überlegene
Dehnung erzielt. Besonders bedeutsam ist dei breitere Spielraum der Menge des Zinn-(II)-octanoats.
der durch Verwendung von 0,25 anstelle von 0,70 Teilen Silikon pro 100Teile Polyol möglich ist. Werden nämlich
bei Einsatz von 0,70 Teilen oberflächenaktivem Silikon 0,22 Teile Zinn-(II)-octanoat pro 100 Teile
Polyol eingesetzt, so entsteht ein Schaum mit einet > großen Menge geschlossener Zellen. Weiterhin ist die
Steigzeit in vorteilhafter Weise kurzer bei Verwenduni! der geringen Silikonkonzentration des Bereichs vor
0,25 bis 0,35. Die verbesserte Verarbeitbarkeit durch geringen Silikonanteil ist bedeutend, wenn Schäume
5(i mit geringen Mengen Wasser, wie beispielsweise 1,75
oder 2 Teilen pro 100 Teile Polyol hergestellt werden
Eine Reihe Proben aus Polyurethanschaum wurde 5r. unter Verwendung bestimmter Slandardkomponcntcn
-Verhältnisse und -verfahren mit dem Schwergcwichi auf der Änderung der Konzentrationen des Katalysa
torsystems hergestellt. Die Komponenten, die stets ii den verschiedenen Ansätzen verwendet wurden, waren
l'ropoxyliertcs Glyzerin
IMG - 3500)
Toluylendiisocynnat
(TDI-Index 110)
Wasser
Silikon
Kaliilysalorsystcin
Teile
100
100
27
1,75
0,70
variabel
In den Ansätzen a bis f wurde zusammen mit Zinn-(II)-octanoat Triäthylendiamin als Katalysatorsystem
verwendet. Das Katalysatorsystem wurde mit »R« bezeichnet. Im Katalysatorsystem »S« wurde das
Triiithylendiamin in etwa seiner zweifachen Gewichtsmenge in Diäthylenglykol gelöst zusammen mit
Zinn-(II)-octanoat verwendet (Ansätze g bis j). In den Ansätzen k bis q des Beispiels war Triäthylendiamin
12
nur zu 40%, bezogen auf die Mischung aus 73 Gew.-% Triäthylendiamindiformiat und l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol,
enthalten. Das Katalysatorsystem aus dieser Mischung zusammen mit Zinn-(II)-octanoat wurde mit
»WT« gekennzeichnet.
Die Wirkung der Änderung der Verhältnisse des Zinn-(II)-octanoats ist aus der Tabelle 8 ersichtlich.
An | Kataly | Triäthylen | Zinn-(Il)- | Auf | Steig | Dichte | Luft- | Zellen | Zug | Deh | Reiß | Rück |
satz | sator | diamin, | octanoal. | rahm | zeit | durch- | pro cm | festig | nung | festig | prall | |
system | Tle/100 | TIe/100 TIe | zeil | liissig- | keit | keit | ||||||
TIe Polyol | Polyol | keit | ||||||||||
(Sek.) | (Sek.) | (g/cm3) | (1/Sek.) | (kg/cm2) | (%) | (kg/cm) | (%) |
Kontrolle
a R
b R
c R
d R
e R
I" R
j S
k WT
WT
WT
WT
WT
WT
WT
0,15
0,15
0,15
0,15
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,15
0,15
0,15
0,15
0,12
0,12
0,12
0,15
0,15
0,12
0,12
0,15
0,15
0,15
0,18
0,18
0,20
0,15
0,18
0,20
0,15
0,18
0,20
0,15
0,18
0,18
0,20
0,15
0,18
0,20
0,15
0,18
0,18
0,20
0,15
0,18
157 195
242 195 190 175
180 150
128
240 225 225 195 173 0,0480 0,444 26,3 1,055 203 0,322 47 0,0448 0,085 27,2 große Menge geschlossener
Zellen
starkes Schrumpfen und Schaumkollaps 0,0528 0,515 25,2 1,007 178 0,322 50
0,0501 0,298 24,4 0,991 167 0,250 50 0,0486 0,151 24,4 große Menge geschlossener
Zellen
0,0455 0,534 22,0 1,028 181 0,252 35 0,0547 0,113 25,6 große Menge geschlossener
Zellen
starkes Schrumpfen und Schaumkollaps
starkes Schrumpfen und Schaumkollaps
0,0560 0,435
0,0516 0,090
0,0534 0,326
0,0496 0,990
0,0504 0,510
20,9 0,815
21,2 0,815
22,0 0,780
24,4 1,012
25,2 0,956
122 122 114 183 160
0,357 0,357 0,216 0,361 0,280
Bei engbegrenzten Verhältnissen von Triäthylendiamin
als einzigem Aminkatalysator zusammen mit Zinn-(II)-octunoat wird die Bildung von Polyurethanschaum
gefördert, jedoch ergibt sich ein Zusammenfallen des Schaums und/oder die Bildung geschlossener
Zellen, wenn der Anteil des Zinn-(II)-octanoats bei Konstanthalten des Triäthylendiamins erhöht wird,
wie bei den Ansätzen a bis j gezeigt. Die Verwendung der Mischung mit dem Triäthylendiamindiformiat und
dem l-(2-Ilydroxypropyl)-imidazol erlaubt die Herstellung von Polyurethanschäumen über einen breiteren
Bereich der Zinn-(II)-octanoatkonzentratioiu Ansätze
k bis q), was zeigt, dal.i die Erfindung das lange anstehende Problem des engen Spielraums für den
Zinnkatalysator löst.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums mit einer Dichte im Bereich von 0.032 bis 0,064 g/cm3 durch Umsetzung eines PoIyaikylenätherpolyols mit wenigstens zwei Alkanolgruppen pro Molekül, eines organischen Polyisocyanate mit wenigstens zwei Isocyanatgruppen pro Molekül und 1,5 bis 2 Teilen Wasser pro 100 Teile des Polyalkylenätheipolyols in Gegenwart eines Zinn-(II)-octanoat und ein N-hydroxyalkylsubstituiertes Imidazol enthaltenden Katalysatorsystems, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Katalysatorsystem verwendet, das aus Zinn-(II)-octanoat, l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol und dem Diformiat des Triäthylendiamins besteht, und in dem die Gewichtsmenge des l-(2-Hydroxypropyl)-imidazols nicht größer ist als die Menge des Diformiats des Triäthylendiamins in dem Reaktionsgemisch.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722204481 DE2204481C3 (de) | 1972-01-31 | 1972-01-31 | Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722204481 DE2204481C3 (de) | 1972-01-31 | 1972-01-31 | Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2204481A1 DE2204481A1 (de) | 1973-08-09 |
DE2204481B2 true DE2204481B2 (de) | 1978-10-26 |
DE2204481C3 DE2204481C3 (de) | 1979-06-21 |
Family
ID=5834578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19722204481 Expired DE2204481C3 (de) | 1972-01-31 | 1972-01-31 | Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2204481C3 (de) |
-
1972
- 1972-01-31 DE DE19722204481 patent/DE2204481C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2204481A1 (de) | 1973-08-09 |
DE2204481C3 (de) | 1979-06-21 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |