DE2456813A1

DE2456813A1 - Hydrophiler schaumstoff auf polyurethanbasis

Info

Publication number: DE2456813A1
Application number: DE19742456813
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Chem Dr Fahrbach; Walter Dipl Chem Dr Foettinger; Adolf Dipl Ing Graeber; Guenter Dipl Chem Schuhmacher
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1974-11-30
Filing date: 1974-11-30
Publication date: 1976-06-10
Also published as: JPS5177697A; ZA756131B; ES441541A1; GB1530909A; FR2292723A1; AU8529975A; US4181770A; AR210336A1

Description

Anmelderin: Firma Carl Freudenberg, Weinheim

Hydrophiler Schaumstoff auf Polyurethanbasis

Die Erfindung betrifft einen hydrophilen Schaumstoff auf Polyurethanbasis, der durch Reaktion von Folyäthylenglykoläthern, Isocyanaten und Wasser durch Polyadditionsreaktion hergestellt und aus Frepolymeren aufgebaut ist.

Hydrophile, saugfähige Folyurethanaddukte sind an sich bekannt. Man erhält sie z.B. dadurch, daß man Folyäther auf Basis von Folyäthylenglykol mit Isocyanaten und Wasser zur Reaktion bringt. Während im allgemeinen Polyurethane dieser Arfe gallertartige Konsistenz mit sehr geringer Festigkeit aufweisen, ist es möglich, die Festigkeit deutlich zu verbessern, wenn man

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verzweigte Polyäther mit mehr als 2 OH-Funktionen für die Herstellung der Polyurethane einsetzt. Läßt man z.B. polyaddukte auf Basis von verzweigten PoIyäthern, die mit T°luylen-Diisocyanat in der Weise reagiert haben, daß die Polyäthermoleküle an den OH-Gruppen jeweils durch ein Toluylen-Diisocyanat-MoIekül verlängert sind, mit Wasser reagieren - wobei die Wassermenge in weiten Grenzen variabel ist-, d.h. weit über die stöchiometrisch auf den NCO-Gehalt errechneten Mengen hinaus, so erhält man Polyurethanschäume, die in ihrer Strukturfestigkeit nicht wesentlich von der Strukturfestigkeit der allgemein bekannten Folyurethanschäume auf Basis von Polypropylenoxyd verschieden ist.

Es ist bekannt, textile Flächengebilde wie beispielsweise Vliesstoffe, Gewebe oder Gewirke mit Polyurethanschäumen zu imprägnieren, wobei Produkte hoher Saugfähigkeit entstehen. Imprägniert man ein derartiges 'textiles Flächengebilde mit Reaktionsgemischen aus polyfunktionellen, NCO-Gruppen enthaltenden hydrophilen Frepolymeren und Wasser, so erhält man Produkte, die sich besonders durch hohes Absorptionsvermögen von Flüssigkeiten vorzugsweise auf wässriger Basis auszeichnen. Die Festigkeit solcher Gebilde wird weitestgehend vom Fasergerüst bestimmt. Die Verschleißfestigkeit hingegen, z.B. die Abriebfestigkeit der Oberfläche, wird von dem Eigenschaftsbild des FοIyurethanSchaumes beeinflußt.

Es zeigte sich jedoch, daß die Verschleißfestigkeit z.B. bei Polyäthylenglykol-Folyurethanen für die starke Abriebdauerbeanspruchung von textlien Flächen-

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gebilden mit vielfältigen Anwendungsmöglichkkiten nicht ausreichend ist. Zur Verbesserung des Eigenschaftsbildes wurde den Prepolymeren auf Basis von verzweigten polyfunktioneilen Polyäthylen-Glykol-Isocyanaten aus naheliegenden Überlegungen Polyaddukte auf Basis von Polytetramethylen-Glykolather und Toluylen-Diisocyanat hinzugefügt. Aus diesem Gemisch zweier Polyäther-Isocyanat-Frepolymerer wurde,wie beschrieben,mit Wasser ein Polyurethanschaum gebildet, der jedoch nicht das erwartete Eigenschaftsbild aufwies. Vor allen Dingen war die Hydrophilie und die hohe Wasseraufnahmefähigkeit erheblich vermindert. Auch die den Polyurethanschäumen eigentümliche hohe Elastizität war weitgehend herabgesetzt.

Der Erfindung liegt nun .die Aufgabe zugrunde, einen Polyurethan-Schaumstoff zu entwickeln, der hydrophil ist und eine hohe Wassersaugfähigkeit aufweist, wie dies beispielsweise erwünscht ist, falls der Polyurethanschaum zum Imprägnieren von textlien Flächengebilden eingesetzt wird, die giäter als saugfähige Tücher, z.B. Haushaltstücher, Verwendung finden. Aus den vorstehenden Darlegungen geht hervor, daß bekannte Polyurethane entweder hinsichtlich der hydrophilen Eigenschaften Mängel aufweisen oder aber nicht die erforderliche Verschleißfestigkeit aufweisen. Erfindungsgemäß wird nun ein hydrophiler Schaumstoff auf Polyurethanbasis.:· vorgeschlagen, der alle erwünschten positiven Eigenschaften zeigt. Der Schaumstoff besteht aus Prepolymeren, die mit Wasser zu dem gewünschten Endprodukt ausreagieren. Gegebenenfalls können geeignete an sich bekannte Zusätze beigefügt werden. Mit dem Schaumstoff lassen sich textile Flächengebilde wie beispielsweise Vliesstoffe, Gewebe oder Gewirke imprägnieren. Der erfindungsgemäße Schaumstoff ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Prepolymere ein verzweigtes

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Polyäthylen-Glykol-Ätheraddukt mit Isocyanat-Endgruppen ist und weiterhin mindestens ein Polyesteraddukt mit Isocyanat-Endgruppen als weiteres Prepolymeres vorgesehen ist.

Versuche haben ergeben, daß eine deutliche Verbesserung der Festigkeit?; - und Abriebeigenschaften durch Zumischen von Polyester-Prepolymeren mit Isocyanat-Endgruppen zu den verzweigten Polyäthylen-Glykol-Äther-Isocyanataddukten eintritt.. Die mit diesen Gemischen und Wasser erzeugten Polyurethanschäume zeigen nicht nur die angestrebte verbesserte Abriebfestigkeit sondern auch eine gute Hydrophilie und hohe Wassersaugfähigkeit sowie eine sehr feine Zellstruktur.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, als Polyolkomponente einen Polyester zu verwenden, der mit Isocyanaten kettenverlängert wurde in einem solchen Verhältnis von Polyester zu Diisocyanat, daß die Endgruppen des gebildeten Prepolymeren Isocyanatgruppen sind. Die Prepolymeren werden dann in bekannter Weise mit Wasser zu Polyurethanschäumen hoher Festigkeit und Elastizität sowie hoher Verschleißfestigkeit und sehr guten Wasseraufnahmevermögen umgesetzt.

Als Polyester gemäß der Erfindung kommen insbesondere Polykondensationsprodukte von Dicarbonsäuren wie z.B. Adipinsäure und Glykolen in Frage, wie z.B. Äthylenglykol, 1,2 - Propandiol, 1,3 - Propandiol,l,4 - Butandiol, Neopentylglykol, 1,6 - Hexandiol usw., sowie von Gemischen aus zwei oder mehreren Dicarbonsäuren und/oder aus zwei oder mehreren Glykolen. Sehr gut geeignet sind ferner Polyester aus Polyadditionsprodukten von Lactonen wie z.B. £ -Caprolacton.

Erfindungsgemäß werden weiterhin Polyisocyanate vorgeschlagen wie beispielsweise Di- und Triisocyanate, wie

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Toluylen-Diisoayanate, tyr-Diphenylmethandiisocyanat,

1.5 - Naphthylen-Diisocyanat, 1,6 - Hexamethylen-Diisocyanat, Isophoron-Diisocyanat, Triphenyl-Methan-Triisocyanat, das Additionsprodukt aus einem Mol Trimethylolpropan und 3 Mol Toluylen-Diisocyanat, das Kondensationsprodukt aus 3 Mol

1.6 - Hexamethylen-Diisocyanat und ein Mol Wasser oder ähnliche Stoffe.

Den Prepolymeren bzw. den Prepolymergemisehen können in bekannter Weise Zusätze wie Katalysatoren, Zellregulatoren, Netzmittel oder dgl. beigefügt werden.

Beispiel

Zu loo Teilen eines Prepolymers aus einem verzweigten Polyäthylen-Glykoläther mit NCO-Endgruppen werden 4o Teile eines Prepolymers ,hergestellt aus loo Teilen eines PoIyäthylen-Glykoladipats mit Molekulargewicht 2ooo und 3¹* Teilen eines flüssigen 4,4'- Diphenyl-Methan-Diisocyanat/ Polycarbodiimid-Kondensationsprodukt mit 3o % NCO-Gehalt, zugemischt. Die Prepolymerenmischung wird mit 125 Teilen Wasser versetzt und 2o Sekunden intensiv gerührt. Das geschäumte und verfestigte Produkt besitzt eine sehr feine Zellstruktur und eine Trockenabriebfestigkeit, die um das vierfache höher ist als die eines entsprechenden Schaumes ohne Polyesteradduktzusatz. Die hohe Wasseraufnahmefähigkeit sowie auch die Sauggeschwindigkeit ist gegenüber dem nur aus verzweigtem Äthylen-Glykol-Äther-Polymerisat hergestellten Schaum nicht werklich verändert.

In weiteren Versuchen wurden anstelle von ho Teilen 2o und 6o Teile Polyesterprepolymeres zugesetzt. Auch bei diesen Versuchen war eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit erkennbar, wenn auch nicht in dem gleichen Maße wie in dem oben angeführten Beispiel.

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Die Trockenabriebfestigkeit wurde mit Hilfe eines Frank-Hauser-Flachscheuerprüfgerätes ermittelt. Eine

Probefläche von 29,2 cm wurde dabei mit einem Schmirgelpapier (Type Korund, Körnung 22o) bei einer Belastung von looo g, einem Wölbdruck von 5oo mmWs und einer Tourenzahl von 5oo bearbeitet. Hierbei ergab sich bei einem herkömmlichen Produkt auf Basis eines sehaumimprägnierten Vliesstoffes, wobei der Schaum nur aus Polyäther-Frepolymeren aufgebaut war und keine Folyester-Prepolymeren enthielt, ein Trockenabrieb von ^72,3 g/m .Ein Vliesstoff, der mit dem erfindungsgemäßen Schaumstoff, nämlich einem Polyäther- und Polyester - Prepolymere enthaltenden Polyurethan imprägniert wurde, zeigte

2 dagegen eine Trockenabrieb festigkeit von Io9,5 g/m .

Die Trockenabriebfestigkeit des· erfindungsgemäßen Produktes übersteigt somit die herkömmlichen Werte um das ¹I-fache.

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Claims

Patentanspruch

Hydrophiler Schaumstoff auf Polyurethanbasis und daraus hergestellte Flächengebilde, wobei der Polyurethanschaumstoff aus Prepolymeren besteht, die mit Wasser sowie gegebenenfalls weiteren geeigneten Zusätzen zur Reaktion gebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Frepolymere ein verzweigtes Polyäthylenglykolätheraddukt mit Isocyanat-Endgruppen ist und ein Polyesteraddukt als mindestens ein weiteres Frepolymeres vorgesehen ist.

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