DE2437889C3 - Polyurethan-Elastomere und ihre Herstellung - Google Patents

Polyurethan-Elastomere und ihre Herstellung

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DE2437889C3
DE2437889C3 DE2437889A DE2437889A DE2437889C3 DE 2437889 C3 DE2437889 C3 DE 2437889C3 DE 2437889 A DE2437889 A DE 2437889A DE 2437889 A DE2437889 A DE 2437889A DE 2437889 C3 DE2437889 C3 DE 2437889C3
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Description

H2N
(CH2),
NH2
X,
X,
H2N
(CH2),
X3
NH2
10
in der
X1, X2,
X3 und Xa Halogenatome und
η 0 oder 1
bedeuten.
2. Einstufenverfahren zur Herstellung der Urethan-EIastomeren nach Anspruch 1 durch gleichzeitige Umsetzung eines Iangkettigen Polyols mit einem Molekulargewicht von 400 bis 5000 mit einem organischen Diisocyanat und mindestens einem halogenierten Bisanilin,dadurch gekennzeichnet, daß als Bisanilin eine Verbindung der allgemeinen Formel
30
35
in der
Xi, X2,
X3 und X4 Halogenatome und
π 0 oder 1
bedeuten, eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung des Iangkettigen Polyols und des organischen Diisocyanats mit dem halogenierten aromatischen Diamin bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 150° C vorgenommen wird.
50
Die Erfindung betrifft Polyurethan-Elastomere mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften und ein einstufiges Verfahren zu ihrer Herstellung.
Ein bekanntes herkömmliches Verfahren zur Herstellung von Urethan-Elaitomeren umfaßt eine erste Stufe, in de»· ein flüssiges Vorpolymeräsat mit endständigen Isocyanatgruppen durch Umsetzen eines Iangkettigen Diols mit einem Molekulargewicht von 400 bis 3000 mit einer überschüssigen Menge eines aromatischen Diisocyanats hergestellt wird, und eine zweite Stufe zur Herstellung von Formkörpern aus Polyurethan-Elastomeren durch Mischen des in der ersten Stufe hergestellten flüssigen Vorpolymerisats mit einem Härter, beispielsweise einem niedermolekularen Diol oder einem aromatischen Diamin, und Beschicken einer Form mit der Mischung unter atmosphärischem oder überatmosphärischem Druck, um die Hauptreaktion der Kettenverlängerung zu bewirken. Dieses herkömmliche Verfahren, bei dem ein derartiges flüssiges Präpolymer eingesetz'. wird, ist zwar insofern von technischer Bedeutung, als die Reaktion zur Sicherstellung der Erzielung von Polyurethan-Elastomeren mit gewünschter Molekularstruktur in den einzelnen Stufen leicht geregelt werden kann, jedoch wirft dieses Verfahren viele Probleme bei den Formgebungsschritten auf. Bei einem derartigen Verfahren absorbiert das Präpolymere mit endständigen Isocyanatgruppen leicht Feuchtigkeit aus der Luft, die mit den Isocyanatgoippen unter Bildung von Harnstoff reagiert, wie aus der nachfolgenden Reaktionsgleichung zu ersehen ist:
2-NCO + H2O — - NHCONH- + CO,
odei die Isocyanatgruppen werden durch Hydrolyse unter Bildung von Aminogruppen zerseizt, wie aus der Gleichung
— NCO + H2O —» -NH2 + COj
zu ersehen ist.
Oaher führt das Verfahren nach dem Stand der Technik zu einem Verlust von Isocyanatgruppen und zu einer höheren Viskosität des Präpolymeren, sowie im Extremfall zur Bildung eines unlöslichen, elastomeren Films. Eine derartige chemische Veränderung des Ausgangsmaterials bewirkt eine erhebliche Verschlechterung der Gebrauchseigenschaften des resultierenden Urethan-Elastomeren. Ferner haftet der unlösliche elastomere Film an den Behältern und der Apparatur, die für das Preßverformen verwendet wird. Demzufolge ist zum Auswaschen des anhaftenden Films ein zusätzlicher Arbeitsaufwand erforderlich, wobei zugleich ein beträchtlicher Verlust an Ausgangsmateria: eintritt
Wenn nach dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik eine große Menge an Polyurethan-Elastomeren unter Verwendung einer automatischen, kontinuierlich mischenden Preßapparatur hergestellt wird, haftet das flüssige Präpolymere aufgrund der Temperaturabhängigkeit seiner Viskosität leicht an den Oberflächen von Pumpen, Leitungen und ähnlichen Fördermitteln oder wird an ihrer Oberfläche ausgehärtet. Demzufolge variiert die geförderte Menge an flüssigem Präpolymeren mit den Schwankungen seiner Viskosität, was zu einem unbestimmten Verhältnis von Präpolymeren! zu Härtungcmittel und zu Veränderungen der Mengen der eingesetzten Ausgangsmaterialien führt und demzufolge zu schweren Nachteilen bei der praktischen Durchführung des Verfahrens.
In den letzten Jahren standen aromatische Amine im Verdacht, daß sie gesundheitsschädliche Substanzen enthalten. Das gleiche wurde von aromatischen piaminen angenommen, die sich als Härter für das flüssige Präpolymere eignen. Nach dem herkömmlichen Verfahren muß ein aromatisches Diamin, das unter normalen Bedingungen fest ist, vor dem Mischen mit dem flüssigen Präpolymeren durch Erhitzen auf eine {Temperatur über dem Schmelzpunkt des aromatischen Diamins geschmolzen werden. Unter derartigen Bedingungen ist das Betriebspersonal ständig der Gefahr ausgesetzt, Staub oder Dämpfe des schädlichen aromatischen Diamins zu inhalieren. Zur Zeit kann diese Gefahr nicht vollkommen vermieden werden.
Es ist bekannt, daß das Einstufenverfahren, bei dem ein aromatisches Diamin, ein langkettiges Diol und ein aromatisches Diisocyanat direkt in einer Stufe umge-
setzt werden, zur Herstellung von Polyurethan-Elastomeren herangezogen werden kann, um die vorerwähnten Nachteile und Probleme der bekannten herkömmlichen Verfahren zu überwinden. Zur Zeit ist jedoch das Einstufenverfahren lediglich in dem Fall anwendbar, in dem Polyurethanschäume oder Polyurethanprodukte von niederer Härte und Festigkeit durch Einsatz eines Diols mit niederem Molekulargewicht als Härter hergestellt werden. Demzufolge kann das Einstufenverfahren nicht zur Erzeugung von hochwertigen Polyurethanen herangezogen werden, die durch Verwendung eines aromatischen Diamins als Härter ausgezeichnete Elastizität, Härte und Festigkeit aufweisen.
Um Polyurethan-Elastomeren eine hohe Härte und Festigkeit zu verleihen, muß ein aromatisches Diamin als Härter eingesetzt werden. Wenn jedoch ein aromatisches Diamin, ein langkettiges Diol und ein aromatisches Diisocyanat, die bisher bei den herkömmlichen Verfahren eingesetzt wurden, gleichzeitig gemischt werden, läuft die Reaktion zwischen den Aminogruppen und den Isocyanatgruppen bevorzugt ab, und es wird ein harzartiger Polyharnstoff als unlösliches Material ausgefällt, da die Reaktionsge- H:N
schwindigkeit zwischen den Aminogruppen des aromatischen Diamins und den Isocyanatgruppen des aromatischen Diisocyanats erheblich größer ist als die zwischen den Hydroxylgruppen des langkettigen Diols und den Isocyanatgruppen des aromatischen Diisocyanats. Obwohl angenommen wird, daß der als unlöslicher Feststoff ausgefällte Polyharnstoff endständige Isocyanatgruppen besitzt, reagiert er kaum mit dem langkettigen Diol mit endständigen Hydroxylgruppen. Demzufolge verbleibt im Produkt gegebenenfalls nichtumgesetztes Diol. Ein derartiges. Diol enthaltendes Produkt ist ein tonartiger Feststoff mit schlechten und nicht gleichbleibenden Eigenschaften und kann kaum als Polyurethan-Elastomer eingesetzt werden.
Mit Hilfe von Katalysatoren, wie Triäthylendiamin oder Zinn(II)-octanoat, in einer Menge von mehr als dem Zehnfachen der üblicherweise eingesetzten Menge, kann die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen OH-Gruppen und NCO-Gruppen erhöht und die Reaktion zwischen NH2-Gruppen und NCO-Gruppen inhibiert weiden. So erhaltene Formkörper weisen bis zu einem gewissen Ausmaß bessere physikalische Eigenschaften auf, enthalten jedoch Risse und Blasen und können für praktische Zwecke nicht eingesetzt werden. Außerdem ist die Topfzeit, d.h. die Zeit, während der das weiche, den Härter enthaltende Gemisch formbar ist, bei diesen Produkten zu kurz, um eine ausreichende Verarbeitungszeit sicherzustellen.
Zur Herstellung von Elastomeren mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften nach dem Einstufenverfahren ist es notwendig, Härter aufzufinden, die eine sehr niedrige Reaktivität gegenüber Isocyanatgruppen besitzen und imstande sind, den resultierenden Polyurethan-Elastomeren ausgezeichnete Eigenschaften zu yerleihen. Im allgemeinen besitzen jedoch Polyurethan-Elastomere, die unter Verwendung eines Härters mit niedriger Reaktivität gegenüber Isocyanatgruppen erhalten wurden, schlechte chemische Eigenschaften. Für die Herstellung von. Polyurethan-Elastomeren nach dem Einstufenverfahren geeignete Härter wurden bisher noch nicht gefunden.
Es war daher Aufgabe der Erfindung, Polyurethan-Elastomere mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften, einschließlich hoher Härte, sowie ein Einstufenverfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, das wirtschaftlich arbeitet und vorteilhafterweise nicht mit irgendwelchen gesundheitlichen Gefahren für die Arbeitskräfte verbunden ist.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Im Rahmen von ausgedehnten Untersuchungen zur Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung vor Polyurethan-Elastomeren mit ausgezeichneten physika üschen Eigenschaften, einschließlich hoher Härte, naci. einer einstufigen Arbeitsweise wurde ein Härtertyp gefunden, der den vorerwähnten Anforderungen entspricht und demzufolge zur Herstellung von Polyurethan-Elastomeren nach dem Einstufenverfahren geeignet ist.
Gegenstand der Erfindung sihJ Polyurethan-Elastomere, die erhalten sind durch gleichzeitige Umsetzung eines langkettigen Polyols mit einem Molekulargewichi von 400 bis 5000 mit einem organischen Diisocyanat und mindestens einem halogenierten Bisanilin der allgemei nen Formel
X1
worin X-, X2, X3 und X4 Halogenatome und der Index π 0 oder 1 bedeuten, sowie ein entsprechendes einstufiges Herstellungsverfahren, das auf der gleichzeitigen
3ü Umsetzung eines langkettigen Polyols mit einem Molekulargewicht von 400 bis 5000 mit einem organischen Diisocyanat und mindestens einem halogenierien Bisanilin beruht und dadurch gekennzeichnet ist, daß als Bisanilin eine Verbindung der allgemeinen
35 Formel
(CH2),,
X4
in der
Χι, Χ2, X3undXt Halogenatome und
π 0 oder 1
bedeuten, eingesetzt wird.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethan-Elastomeren können die halogenierten Bisaniline allein oder in Form von Gemischen eingesetzt werden.
Die Anwendung halogenierter Bisaniline mit asymmetrisch halogensubstituierten Phenylkernen führt zu einer Herabsetzung der Härte der resultierenden Polyurethan-Elastomeren. Obwohl Verbindungen dieses Typs eine sehr niedrige Reaktionsgeschwindigkeit mit Diisocyanaten aufweisen, eignen sie sich vorzugsweise beim gleichzeitigen Einsatz großer Mengen an Ausgangsrnateriaiien.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Bisaniline der obigen Formel sind
(1) 4,4'-MethyIen-bis-(2,3-dichloranilin)
Cl
Cl
H2N
(hellgelbe, nadeiförmige Kristalle, F. 174 bis
175°C),
(2) 4,4'-Methylen-bis-(2.5-dichloranilin)
Cl Cl
i2) 2.2'.(i.h'-Teirachlurben/idiii
Cl Cl
NH2
NH2
Cl Cl
Cl Cl
(leicht gelblich-braune Kristalle, F. 164 bis ίο (weilJe· nadellömiige Kristalle. F. 212,5 bi,
2I35°C>
165°C).
(3) 4,4'-Methylen-bis-(2,6-dichloranilin)
(3) 3..' 5.5'-Teirachlurben/jdin
Cl CI
NH2
(hellgelbe, nadellormige Kristalle, F. 243°C (Zers.), [neue Verbindung]),
(4) 4,4'-Methy)en-bis-(2,6-dibromanilin)
Br Br
H2N
CH,
NH,
(5) (6) Π) (S) (9) (10)
(hellbraune Kristalle, F. 265°C (Zers.;;,
2,3,2',5'-TetrachlordiphenyImethan, 2.3,2',6'-Tetrachlordiphenylmethan, 2,5,2',6'-Tetrachlordiphenylmethan, 2,5-DichIor-2',6'-dibromdiphenyImethan, 2,3-Dichlor-2',6'-dibromdiphenylmethan und 2,6-Dichlor-2',6'-dibromdiphenylmethan.
Diese dihalogenierten 4,4'-Methylen-bisaniline können leicht durch Umsetzung von einem oder von zwei verschiedenen dihalogenierten Anilinen mit Formaldehyd in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel in Anwesenheit eines sauren Katalysators hergestellt werden. Diese Verbindungen können in Form von Gemischen von drei Arten von dihalogenierten 4,4'-Methylen-bis-anilinen vorliegen, wenn sie durch Umsetzung von zwei verschiedenen dihalogenierten Anilinen hergestellt sind, bei denen die Halogenatome in unterschiedlichen Positionen gebunden sind.
Beispiele für Verbindungen der obigen allgemeinen Formel mit π = 0 sind
0) 2,2',5,5'-Tetrachlorbenzidin
Cl Cl
H2N
f ·' Cl
(gr.tnc- Pulver. F. 136 0 bis 137.5°C).
NH2
H,N
Cl
Cl
(weiße, nadeiförmige Kristalle, F. 226,0 bis
227.5°C und
(4) 3.3',5,5'-Telrabrombenzidin
Br
(hellbraune nadelförmige Kristalle, F. 282.(J bis
284.(/-C.
Diese tetrahalogenierten Benzidine können leicht dadurch hergestellt werden, daß man ein oder zwei verschiedene halogenierte Nitrobenzole einer gleichzeitigen Reduktion und Umlagerung in Anwesenheit von Zn-Pulver unterwirft.
Die vorstehend erwähnten 4,4'-Methylen-bis-aniIine und die Tetrahalogenbenzidine besitzen einen höheren Schmelzpunkt als die aromatischen Diamine, die bei herkömmlichen Verfahren als Härter für flüssige Präpolymere verwendet wurden, und sind somit für Fälle ungeeignet, in denen ein Härter in geschmolzenem Zustand vor dem Verpressen mit einem Präpolymeren vermischt wird, wie dies bei herkömmlichen Verfahren mit einem flüssigen Präpolymeren als Ausgangsmaterial geschieht.
so Beim erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die Materialien einstufig umgesetzt werden, können diese Bis-anilin-verbindungen vorher im verwendeten langkettigen Polyo) als einem der Ausgangsmaterialien aufgelöst werden. Demzufolge führt der höhere Schmelzpunkt dieser Härter keinesfalls zu Schwierigkeiten bei der praktischen Anwendung.
Beispiele für das erfindungsgemäß eingesetzte langkettige Polyol mit einem Molekulargewicht von 400 bis 5000 sind durch Kondensation aliphatischer Glykole mit Dicarbonsäuren erhältliche aliphatische Diolpolyester wie Polyäthylenadipat, Polybutylenadipat und Polypropylenadipat, durch ringöffnende Polymerisation von Äthylenoxid, Propylenoxid, Tetrahydrofuran und ähnlichen cyclischen Äthern erhältliche Polyalkylenglykole, wie etwa Polypropylenglykol und Tetramethylenglykol, durch ringöffnende Polymerisation von ε-Caprolacton erhältliche Polyglykolester, durch Einführen kettenendständiger Hydroxylgruppen in Polybutadiene erhältli-
ehe Polyole, Copolymerisate von mindestens zwei Alkylenoxiden, Copolymerisate von mindestens zwei Glykolen und einer Dicarbonsäure, langkettige Diole mit einem Molekulargewicht von 400 bis 3000, beispielsweise Gemische aus aromatischen Glykolen, sowie Polyesterpolyole und Polyätherpolyole mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen pro Molekül und einem Molekulargewicht von 600 bis 5000, beispielsweise durch Cokondensation eines Polyols, wie Glycerin oder Tn'methyloipropan, mit einem aliphatischen Glykol Und einer Dicarbonsäure erhältliche Polyesterpolyole und durch ringöffnende Polymerisation von cyclischen Äthern, wie Äthylenoxid, Propylenoxid und Tetrahydrofuran, in Anwesenheit von Glycerin oder Trimethyloipropan als Initiator erhältliche Polyätherpolyole. Erfindungsgemäß können alle langkettigen Polyole mit endständigen Hydroxylgruppen an der Hauptkette verwendet werden, die Kohlenstoffbindungen, Ätherbindungen und Esterbindungen aufweisen.
Im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, bei denen ein flüssiges Präpolymeres als Ausgangsmaterial eingesetzt wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren insofern vorteilhaft, als eine breite Vielzahl langkettiger PoJyole verwendbar ist. Insbesondere ermöglicht der Einsatz von Polyesterpolyolen oder Polyätherpolyolen mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen pro Molekül und einem Molekulargewicht von 600 bis 5000 die Herstellung von Polyurethan-Elastomeren mit ausgezeichneten Eigenschaften, die von einem gewöhnlichen langkettigen Diol nicht erwartet werden, wie z. B. einer geringen Verformung unter Druck.
Diese langkettigen Polyole sind gewöhnlich hygroskopisch, und darin enthaltene Feuchtigkeit reagiert mit den Isocyanatgruppen des aromatischen Diisocyanats unter Entwicklung von Kohlendioxid, wodurch im Produkt Biasen entstehen. Demzufolge ist es wünschenswert, das Polyol vor der Reaktion zu entwässern. Die Entwässerungsbedingungen variieren mit der Menge an langkettigem Polyol, jedoch wird die Entwässerung gewöhnlich bei 120° C während eines Zeitraums von etwa 2 h unter einem verminderten Druck von 2,66 kPa (20 Torr) oder mehr durchgeführt. Erforderlichenfalls kann eine weitere Entwässerung zur Entfernung von Wasserspuren, die im Polyol enthalten sind, mit Hilfe eines wasserentziehenden Mittels durchgeführt werden, beispielsweise mit Calciumsulfat, Natriumhydrogensulfat, Calciumoxid, Bariumoxid, Aluminiumoxid, Calciumchlorid, Silicagel oder einer ähnlichen anorganischen Substanz, mit Essigsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid oder einem ähnlichen Mono- oder Dicarbonsäureanhydrid oder mit Hilfe spezieller Trocknungsmittel wie beispielsweise Sellait, Zeolithen oder Molekularsieben. Außerdem können herkömmliche hydrolyseverhindernde Mittel eingesetzt werden, beispielsweise Hydrazinverbindungen, Carbodiimid, 4,4'-
DimethyI-2,6^',6'-tetraäthyldiphenyIcarbodiimid,
2,2',6,6'-Tetraisopropyldiphenylcarbodiίmid, aromatisch-aliphatische Carbodiimide, mit Carbodiimid modifizierte organische Siliconverbindungen, Polycarbodiimide, Dithiocarbaminsäure-Derivate oder Benzotriazole.
Beispiele für das beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte aromatische Diisocyanate sind
2,4-ToIuylendirocyanat (2,4-TDI),
2,6-ToIuylendiisocyanat(2,6-TDI),
Gemische von 2,4-TDI und 2,6-TDI,
das Dimere von 2,4-TDI,
m-Phenylendiisocyanat,
4,4'-Diphenyldiisocyanat,
3,3'-Ditoluyl-4,4'-diisocyanat (TODI),
Dianisidindiisocyanat (DADI),
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI),
ΐ 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenylmethan-
diisocyanat und
1,5-Naphthalindiisocyanat (NDi).
Diese aromatischen Diisocyanate werden in einer Menge von 0,90 bis 1,30 Äquivalenten, vorzugsweise ίο 1,00 bis 1,15 Äquivalenten, bezogen auf die Gesamtzahl der NH2-Gruppen im dihalogenierten 4,4'-Metbylenbis-anilin und/oder tetrahalogenierten Benzidin und der OH-Gruppen im langkettigen Polyol, eingesetzt.
Erfindungsgemäß werden das halogenierte Bisanilin, das langkettige Polyol und das aromatische Diisocyanat gleichzeitig zusammen umgesetzt. Dabei können verschiedenartige Katalysatoren eingesetzt werden, wenn eine Regelung der Reaktivität zwischen den OH-Gruppen u.i'J den NCO-Gruppen und der Reaktivität 2ö zwischen den NH2-Gruppen und den NCO-Gruppen erforderlich ist, da die Reaktivität des langkettigen Polyols mit endständigen Hydroxygruppen gegenüber NCO-Gruppen von seiner Art und dem Molekulargewicht abhängt; aus diesem Grund wird die Regelung der Reaktivität zwischen den funktionellen Gruppen oftmals im Hinblick auf die Härte eines gewünschten Polyurethan-Elastomeren und die Mengen der Ausgangsmaterialien notwendig.
Derartige Katalysatoren sind anorganische und organische Zinnverbindungen wie
Zinn(II)-chIorid,
Zinn(IV)-chlorid,
Tetra-n-butylzinn,
Tri-n-butylzinnacetat,
n-Butylzinntrichlorid,
Trimethylzinnhydroxid,
Dimethylzinndichlorid,
Dibutylzinndilaurat,
Dibutylzinn-2-äthyIhexoat und
Zinn(II)-octoat,
tertiäre Amine, wie beispielsweise
Triethylamin,
Triäthylendiamin,
Hexamethylentriamin,
N-Methylmorpholin,
N-Äthylmorpholin,
N-Pentamethyldiäthylentriamin,
N-Hexamethyltriäthylentetramin,
N,N-Diäthylanilin,
N,N-Dimethylbenzylamin,
N,N-DimethyIIaurylamin,
N,N-Dimethy!piperidän,
Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetramethyläthylendiamin,
Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetramethylpropylendiamin,
N,N,N',N'-Tetramethyl-l,3-butyIendiamin,
Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetramethylhexamethylendiamin,
Ν,Ν,Ν',Ν',Ν'',Ν''-Hexamethyltriäthylentetramin,
cyclische Amidine und quaternäre Ammoniumsalze dieser Verbindungen, wie beispielsweise 1,8-Diaza-bicyclo-(5,4,0)-undecan-(7)r dessen Methylammoniummethosulfat und Äthylammoniumbromid, sowie andere Metallverbindungen, wie beispielsweise
Kobaltnaphthenat,
Natrium-o-phenylphenolat,
Wismutnitrat,
Kaliumoleat,
Tetra-(2-äthylhexyl)-titanat,
Kobalt-2-äthylhexoat (Co 6%),
230 217/230
Eisen(HI)-chlorid,
Eisen(III)-2-äthyIhexoat (Fe 6%),
Zinknaphthenat(Zn 14,5%) und
Antimontrichlorid.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung von Polyurethan-Elastomeren werden das langkettige Polyol, das vorher bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,1% oder darunter entwässert wurde, und das halogenierte Bisanilin mit dem aromatischen Diisocyanat gemischt, oder aber das halogenierte Bisanilin wird im zuvor entwässerten langkettigen Polyol gelöst und die Mischung dann mit dem aromatischen Diisocyanat gemischt, wobei die drei Bestandteile Polyol, Diamin und Diisocyanat gleichzeitig miteinander bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 1500C zur Reaktion gebracht werden.
Das Gemisch geliert dann innerhalb eines Zeitraums von einigen Minuten bis einigen 10 Minuten. Innerhalb der Topfzeit, d. h. des Zeitraums vom Mischen der drei Bestandteile bis zur Gelbildung, wird das Gemisch in eine Form gegossen, in der es zur Aushärtung für einen Zeitraum von mehreren Minuten bis zu mehreren Stunden belassen wird. Das gehärtete Produkt wird entformt und dann bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 1300C während eines Zeitraums von mehreren Stunden bis mehreren Tagen zur Vervollständigung der Reaktion in der Wärme gealtert, wodurch das angestrebte Polyurethan-Elastomer erhalten wird.
Erfindungsgemäß können auch verschiedene Hilfssubstanzen, die bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Elastomeren verwendet werden, ohne Schwierigkeiten eingesetzt werden, beispielsweise Antioxidantien, UV-absorbierende Mittel, Stabilisatoren, verfärbungsinhibierende Mittel, hydrolyseinhibierende Mittel, Fungizide, verbrennungshemmende Mittel, Farbstoffe und/oder andere Hilfs- oder Füllstoffe.
Gemäß der Erfindung können die angestrebten Polyurethan-Elastomeren in einfacher Weise durch Mischen des halogenieren Bisanilins, des langkettigen Polyols und des aromatischen Diisocyanats in einem Gefäß, z. B. einem Becherglas, und anschließendes Gießen der Mischung in eine Form, in der das Gemisch bis zur Härtung des Polyurethan-Elastomeren verbleibt, erhalten werden.
Ein anderer technischer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das als Härter eingesetzte halogenierte Bisanilin im langkettigen Polyol leicht löslich ist Pemzufolge kann durch vorheriges Lösen des Härters im !angkettigen Polyol eine Gefährdung des Betriebspersonals durch Inhalieren von Staub oder Dämpfen des aromatischen Diamins vollkommen venr:eden werden, von dom angenommen wird, daß es ge' dheitsschädlich ist Demzufolge ist die Handhabung r Materialien leicht und sicher.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß aus Lösungen des halogenierten Bisanilins im langkettigen Polyol keine Ausfällung von kristallinem Bisanilin auftritt, auch wenn man die Lösung längere Zeit stehenläßt Die Lösung ist stabil und ändert ihre Viskosität im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis zur Arbeitstemperatur kaum. Demzufolge können die Materialien sogar bei Raumtemperatur umgesetzt und gehärtet werden. Da die Lösung keine Bestandteile enthält, die einen haftenden gehärteten Film, wie z. B. flüssige Präpolymerisate bilden, kann sie in einer automatischen, kontinuierlich mischenden Formpreßvorrichtung eingesetzt werden, wie sie für herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschauni verwendet wird, wobei die Fließgeschwindigkeh der Lösung in der kontinuierlichen Formpreßvorrichtung konstant aufrechterhalten v/erden kann» um die Erzeugung großer Mengen von Polyurethan-Elastomeren mit gleichbleibender Qualität zu ermöglichen.
Ein weiterer Vorteil besteht erfindungsgemäß darin, daß der bei herkömmlichen Verfahren unter Verwendung flüssiger Präpolymerer zur Herstellung von Polyurethan-Elastomeren erforderliche Arbeitsaufwand auf 30 bis 50% gesenkt werden kann. Demzurolge ist das erfindungsgemäße Einstufenverfahren zur Herstellung von Polyurethan-Elastomeren wirtschaftlich sehr vorteilhaft, und zwar nicht nur bei der Anwendung in kleinem Maßstab, sondern auch im großtechnischen Betrieb, und bringt daher auch erhebliche technische Vorteile.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne einschränkend zu sein.
Beispiel 1
18 g 33'^'-Teirachlorbenzidin (3,3',5,5'-TCB) wurden bei 180° C in 100 g Polypropylenglycol (PPG; Hydroxylzahl 110; Feuchtigkeit 0,03%) gelöst, worauf die Mischung auf 8O0C abgekühlt und unter Rühren mit 29 g einer Mischung aus 20% 2,6-Tolylendiisocyanat und 80% 2,4-Tolylendiisocyanat vermischt wurde. Die Reaktionstemperatur wurde danach auf 1300C angehoben. Wenn sieb in der Mischung Blasen bildeten, wurde sie etwa 1 min im Vakuum entgast. Die Mischung wurde dann in eine Form gegossen.
Die Form wurde 2 h auf 110 bis 1200C gehalten; anschließend wurde der Inhalt entformt und 24 h lang in Heißluft von 100 bis 110°C thermisch gealtert, wodurch ein Polyurethan-Elastomeres erhalten wurde.
Die Arbeitsbedingungen dieses Beispiels und die verschiedenen physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Polyurethan-Elastomeren sind in Tabelle I aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 1
Das in Beispiel 1 verwendete 3,3'.5,5'-TCB wurde durch 33'-Dichlorbenzidin (33'-DCB), das bei herkömmlichen Verfahren als Härter für flüssige Präpolymere empfohlen wird, ersetzt und mit PPG und TDI wie in Beispiel 1 beschrieben vermischt Die Mischung gelierte in etwa 30 s zu einer weißen, tonähnlichen Substanz, die nicht mehr in eine Form gegossen werden konnte. Die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt
Vergleichsbeispiel 2
129 g eines flüssigen Präpolymeren mit endständigen Isocyanatgruppen (NCO-Äquivalent 4,35), das durch Umsetzen von 100 g PPG (Hydroxylzahl 110, Feuchtigkeit 0,03%) mit 29 g TDI hergestellt worden war, wurden bei 24O0C unter Rühren mit 18 g 3,3',5,5'-TCB versetzt Die Mischung wurde dann in eine Form gegossen und darin wie in Beispiel 1 gehärtet Das erhaltene gehärtete Produkt enthielt ausgefälltes festes 33',5,5'-TCB und besaß sehr schlechte physikalische Eigenschaften.
Da das in den Vergleichsbeispielen verwendete 33'A5'-TCB einen hohen Schmelzpunkt von 226,0 bis 227,50C aufweist, bilden sich Kristalle aus 33'A5'-TCB während der Reaktion, wenn die Reaktionstemperatur nicht über dem Schmelzpunkt gehalten wird, was das Arbeitsverfahren mühsam macht und gesundheitliche
Risiken für das Betriebspersonal mit sich bringt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle I aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 3
129 g des flüssigen Präpolymeren wie in Vergleichsbeispiel 2 wurden mit 13 g 3,3'-DCB, das bei 1400C geschmolzen war, vermischt. Die flüssige Mischung wurde in eine Form gegossen und wie in Beispiel 1 zu einem Polyurethan-Elastomeren gehärtet. Das her-
kömmliche Verfahren srfordert mehr Arbeitsstufen als das erfindungsgemäße. Außerdem muß hierbei das 3,3'-DCB wie im Fall des Vergleichsbeispiels 2 vor der Reaktion durch Erhitzen über den Schmelzpunkt geschmolzen werden. Das Erhitzen von 3,3'-DCB als solchem auf eine hohe Temperatur bringt gesundheitliche Risiken für das Betriebspersonal mit sich.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt.
Tabelle I Beispiel
Vergleichs- Vergleichs Vergleichs
beispiel 2 beispiel 3
Tcispicl 1 flüssiges flüssiges
100 g \ Präpolymer ■ Präpolymer
I 129 g 129 g
29 g 18g -
- - 13g
13 g 30 8
0,5 180 50
120 100
nicht
formbar Ausfällung eines keine
Amins
70 85
180 285
500 510
28 40
32 60
(weiße, ton
artige Substanz)
100g
TDI 29 g
3,3',5,5'-TCB 18g
3,3'-DCB -
Topfzeit (min) 10,5
Entformungszeit (min) 120
Anzahl der Arbeitsstufen 60
(Index)1)
Schwierigkeiten während des kein
Betriebs
Härte2) 85
Reißfestigkeit (kg/cm2) 310
Bruchdehnung (%) 450
Rückprallelastizitat (%) 40
Einreißfestigkeit (kg/cm) 65
Anmerkungen:
') Die Anzahl der Bearbeitungsstufen in der Tabelle ist in Form eines Vergleichsindex angegeben, wobei die Anzahl der Bearbeitungsstufen beim herkömmlichen Verfahren wie im Vergleichsbeispiel 3 unter Verwendung eines flüssigen Präpolymeren den Wert 100 hat
2) Härte gemäß JfS K 6031 (f97I) bestimmt.
Beispiel 2
14 g 4,4'-Methylen-bis-(2,5-dichloraniIin) (2,5-TCDAM) wurden in 100 g eines Polyesters (Hydroxylzahl 55), der durch ringöffnende Polymerisation von ε-Caprolacton erhalten war, gelöst, worauf die Mischung bei 1400C 2 h lang unter einem verminderten Druck von 4kPa (30 Torr) entwässert wurde. Die Mischung wurde danach mit 2 g Carbodiimid und anschließend mit 26 g 3,3'-DitoluyI-4,4'-diisocyanat (TODI) bei 800C geschmolzen. Die Mischung wurde darauf in eine Form gegossen und anschließend bei 1000C 15 h lang nach dem Verfahren von Beispiel 1 thermisch gealtert, um ein Polyurethan-Elastomeres zu erhalten.
Gemäß diesem Beispiel hat die Formmischung eine extrem lange Topfzeit und ist dementsprechend zur Herstellung von Formungen größerer Abmessungen geeignet Die physikalischen Eigenschaften des resultierenden Polyurethan-Elastomeren sind in Tabelle II aufgeführt.
Berspiele3bis5
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 2 wurde eine Mischung eines dihalogenierten 4,4'-Methylen-bis-aniiins und eines tetrahalogenierten Benzidins zur Herstellung eines Polyurethan-Elastomeren eingesetzt; die physikalischen Eigenschaften sind wiederum in Tabelle II aufgeführt
Tabelle II Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5
[Verhältnis der Härter (%)]
2,5-TCDAM
2,3-TCDAM
2,5,2',5'-TCB
100%
50% 70% 50%
50% 30% -
— _ 50%
Fo rl set z u π κ
13
Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5
Topfzeit (min)
Entformungszeit (min)
Härte
Zugfestigkeit (kg/cnr)
Bruchdehnung(%)
Rückprallelastizität (%)
30
180
70
265
620
30
260
225
700
40
200
75
190
450
40
Anmerkung:
2,3-TCDAM =
2,5,2',5'-TCB =
4,4'-Methylen-bis-(2,3-dichlorunilin); 2,2',5,5'-Tetrachlorbenzidin.
Beispiel 6
Es wurden die Wirkungen verschiedenartiger Katalysatoren verglichen, wobei 100 g Polytetramethylenglycol (PTMG; Hydroxylzahl 100), 19 g 2,3-TCDAM und
Tabelle III
-29 g TDI und verschiedenartige Katalysatoren verendet wurden Und die Mischung wie in Beispiel 1 gemischt 2» "und geformt wurde. Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in der Tabelle III aufgeführt.
Versuch-Nr. I III
IV
VI
Katalysator (g)
;Zinn(II)-octoat
TEDA
PMETA
Kobaltnaphthenat ·
Topfzeit (min)
Entformungszeit (min)
Härte
Zugfestigkeit (kg/cnr)
Bruchdehnung (%)
Tranzparenz
Anmerkung:
TEDA = Triäthylendiamin.
PMETA = ^N.N.W.W.W-Penliimethylcliathylcnlriamin.
Beispiel 7
Es wurden Polyurethan-Elastomere mit verschiedenen Härtewerten in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch verschiedene Mengen von PTMG, 2,3-TCDAM und TDI eingesetzt wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle IV aufgeführt.
0,2 — — 0,05 0,05
- 0,05 - - 0,01
- - 0,05 - -
- - - 0,01 -
11 6 12 13 12 4
150 80 60 80 30 35
85 80 85 85 87 75
285 315 310 290 330 220
430 520 450 430 470 420
halb- opak halb- trans halb- trans
trans trans parent trans parent
parent parent parent
Versuch Nr. I II
III
IV
Tabelle IV Versuch Nr. III IV
1 II 100 100
100 100 20 25
PTMG (g) 6 13 28 25
2,3-TCDAM (g) 20 24 0,05 0,05
TDI (g) 0,05 0,05
TEDA (g)
Topfzeit (min) 25 18 II 4
Entformungszeit 125 80 45 30 (min)
ho Härte 72 81 89 94
Reißdehnung 280 305 325
(kg/cm2)
Bruchdehnung (%) 760 580 450 b5 Rückprall- · 45 45 45 40
elastizität (%)
Einreißfestigkeit 43 68 85 92
(kg/cm)
B e i s ρ ι e 1 e 8 bis 13
Es wurden Polyurethan-Elastomere in gleicher Weise wie in Beispiel 1 unter Verwendung von Polytetramethylenglykol (PTMG; Hydroxylzahl 110), Polypropylenäthertriol (GPT; Hydroxylzahl 110, hergestellt durch Polymerisation von Propylenoxid in Anwesenheit von Glycerin als Initiator), 2,3-TCDAM, TDI und TEDA hergestellt. Das Verhältnis der einzelnen Bestandteile und die physikalischen Eigenschaften der resultierenden
Tabelle V
Produkte sind in der Tabelle V aufgeführt. Erfindungsgemäß können Polyurethan-Elastomere mit extrem hoher Härte in einem einstufigen Formungsverfahren durch Auswahl eines geeigneten langkettigen Triols hergestellt werden. Die Polyurethan-Elastomeren mit einer derartigen hohen Härte zeigen auch bei Belastung eine niedrige Verformung und sind demzufolge als Dichtungsmittel für öldruckbetriebene Instrumente geeignet, wo eine hohe Druckfestigkeit gefordert wird.
Beispiel 8 Beispiel 9 Beispiel 10 Beispiel 11 Beispiel 12 Beispiel 13
PTMG 100 90,0 80,0 70,0 30,0 20,0
GPT 0 10,0 20,0 3U.0 70,0 80,0
2,3-TCDA.M 25 25,0 26,0 27,0 31,0 32,0
TDI 31 30,5 31,0 32,0 34,5 35,5
TEDA 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02
Topfzeit (min) 4 6 6 5 4 3
Entformungszeit (min) 30 40 35 30 30 30
Härte 94 92 92 90 97 98
Zugfestigkeit (kg/cm2) 350 390 230 205 305 355
Bruchdehnung (%) 380 480 350 480 190 140
Rückprallelastizität (%) 40 45 44 41 38 38
Druckverformung (%)*) 82 73 62 55 35 37
*) (70 C, 22 h)
Beispiel 14
Die Wirkungen von verschiedenen Katalysatoren wurden verglichen, wobei 100 g Polytetramethylenglykol (PTMG; Hydroxylzahl 100), 19 g 2,6-TCDAM und 29 g TDI und verschiedene Katalysatoren eingesetzt wurden, wobei wie in Beispiel 1 gemischt und die Mischung ebenso verpreßt wurden. Die Ergebnisse des Vergleichs sind in der Tabelle VI aufgeführt,
Tabelle VI Versuch Nr. II III IV
I
0,2 - -
Katalysator (g) - 0,05 -
Zinn(II)-octoat - - 0,05
TEDA 11 13 18
PMETA 30 150 80 80
Topfzeit (min) 360 87 85 82
Entformungszeit
(min)		 70 305 295 260
Härte 220 450 430 480
Zugfestigkeit
(kg/cm2)		 520 40 41 40
Bruchdehnung (%) 38 45 48 42
Rückprall-
elastizität (%)		 40 Anmerkui
2,6-TCDA. -Methylen-bis-(2,6-dich!oranilin).
Reißfestigkeit
(kg/cm)
230 217/230

Claims (1)

ί J ' Patentansprüche:
1. Urethan-Elastor-iere, erhalten durch gleichzeitige Umsetzung eines Iangkettigen Polyols mit einem Molekulargewicht von 400 bis 5000 mit einem organischen Diisocyanat und mindestens einem halogenierten Bisanilin der allgemeinen Formel
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