DE2603498B2 - Further development of the process for the production of crosslinked, elastic, open-cell foams containing urethane groups - Google Patents
Further development of the process for the production of crosslinked, elastic, open-cell foams containing urethane groupsInfo
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Description
4040
NHR2 NHR 2
in der R1 einen CH3-, NHr, NHR3- oder NRrRest darstellt, wobei R3 einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet und R2 ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist oder Äthylenharnstoff oder Tetramethylammoniumbromid oder Tetraäthylammoniumjodid in der wäßrigen Lösung des kristallinen Vernetzungsmittel ganz oder teilweise löst und diese so Lösung in dem Polyätherpolyol dispergiertin which R 1 is a CH 3 , NHr, NHR 3 or NRr radical, where R 3 is an alkyl radical with 1 to 4 carbon atoms and R 2 is a hydrogen atom or an alkyl radical with 1 to 4 carbon atoms or ethylene urea or tetramethylammonium bromide or tetraethylammonium iodide in the aqueous solution of the crystalline crosslinking agent completely or partially dissolves and this solution is thus dispersed in the polyether polyol
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Dispersion verwendet, der Harnstoff zugesetzt worden ist.2. The method according to claim 1, characterized in that a dispersion is used which Urea has been added.
5555
Urethangruppen aufweisende Schaumstoffe werden durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit aktive Wasserstoffatome aufweisenden Polyolen erhalten. Solche Schaumstoffe finden weite Anwendung, z. B. auf dem Gebiet der Isolierung, zur Herstellung von Strukturelementen oder für Polsterzwecke.Foams containing urethane groups are activated by reacting polyisocyanates with Obtained polyols containing hydrogen atoms. Such foams are widely used, e.g. B. on in the field of insulation, for the production of structural elements or for upholstery purposes.
Für viele dieser Verwendungszwecke sind offenzelli- {,5 ge Schaumsysteme erwünscht. Schaume mit geschlossenen Zellen zeigen vermindertes elastisches Verhalten und neigen bei der Herstellung zu Schrümpferscheinungen, Erwflnscht is. t weiter, d&ß offenzelljge, elastische Schäume möglichst ober einen breiten Bereich in ihrem Lasttragevermögen bzw. ihrer Härte variiert werden können. Eine gewünschte Härte kann einem Schaumkörper durch Erhöhung des Vernetzungsgrades, durch Anhebung des Rgumgewichts oder durch Erhöhung des Polyisocyanatgehaltes der Rezeptur verliehen werden. Unter diesen Möglichkeiten ist die Erhöhung des Vernetzungsgrades technisch und wirtschaftlich am vorteilhaftesten. Sowohl zur Erhöhung des Raumgewichts als auch des Polyisocyanatgehaltes werden höhere Mengen an Ausgangsstoffen benötigt, was die Herstellung der Schäume weniger wirtschaftlich macht Außerdem ist eine Steigerung des Polyisocyanatgehaltes auch aus Gründen der dadurch bedingten erhöhten Neigung zur Entflammbarkeit und Toxizität sowie des harten Griffs der Schäume nicht vorteilhaftFor many of these uses are open-cell {, 5 ge foam systems desired. Closed cell foams show reduced elastic behavior and tend to shrinkage during manufacture, Desired is. t further, d & ß open-cell, elastic Foams can be varied in their load-bearing capacity or their hardness as far as possible over a wide range can. A foam body can have a desired hardness by increasing the degree of crosslinking, by increasing the rgum weight or by increasing the Polyisocyanate content of the formulation are given. Among these possibilities, the increase in the degree of crosslinking is technically and economically the most important most advantageous. Both to increase the density as well as the polyisocyanate content higher amounts of starting materials are required, which makes the production of the foams less economical There is also an increase in the polyisocyanate content also for reasons of the resulting increased tendency to flammability and toxicity as well as the the hard grip of the foams is not advantageous
Zur Erzielung höherer Vernetzungsgrade garden nach dem gegenwärtigen Stand der Technik: einer Polyurethanschaumformulierung niedermolekulare, polyfunktioneUe Verbindungen beigefügt, die in den aktive Wasserstoffatome aufweisenden Polyolen löslich sind. Die Vernetzungsmittel können demgemäß unmittelbar nach Beginn der Schaumbildungsreaktion in Reaktion treten. Die Möglichkeit, die Vernetzungsdichte beliebig zu erhöhen, ist bei diesem Verfahren dadurch beschränkt, daß, in Abhängigkeit von den übrigen Bestandteilen der Schaumrezeptur, die Vernetzungsdichte zu dem Zeitpunkt, an dem die Schäume ihre maximale Steighöhe erreicht haben und normalerweise dann die Zellöffnung beginnt, bereits zu hoch ist, um den Vorgang der Zellöffnung noch eintreten zu lassen.To achieve a higher degree of networking garden according to the current state of the art: a polyurethane foam formulation, low molecular weight, polyfunctional Added compounds which are soluble in the polyols containing active hydrogen atoms. Accordingly, the crosslinking agents can react immediately after the foaming reaction has started step. The possibility of the crosslinking density arbitrarily to increase, is limited in this method that, depending on the rest Constituents of the foam formulation, the crosslinking density at the point in time at which the foams their maximum height of rise and normally then the cell opening begins to be already too high to the To allow the process of cell opening to occur.
Es resultieren Schäume, die zwar hoch vernetzt sind, aber einen großen Teil geschlossener Zellen aufweisen oder völlig geschlossen sind. Solche Schäume zeigen vermindertes Elastizitätsverhalten und neigen infolge ihrer hohen Geschlossenzelligkeit nach der Herstellung zu Schrumpferscheinungen.The result is foams that are highly networked, but have a large part of closed cells or are completely closed. Show such foams decreased elasticity behavior and tend due to their high closed-cell content after production to shrinkage.
Diese Nachteile werden gemäß dem Verfahren der Patentanmeldung P 25 07 161.8-44 aberwunden.These disadvantages are overcome according to the method of patent application P 25 07 161.8-44.
Gegenstand dieser Patentanmeldung ist ein Verfahren zur Herstellung von vernetzten, elastischen, offenzelligen Urethangruppen aufweisenden Schaumstoffen durch Umsetzung von Polyätherpolyolen mit einem Hydroxyläquivalentgewicht von 700 bis 5000, Polyisocyanaten, Wasser, Katalysatoren, gegebenenfalls in den Polyätherpolyolen löslichen niedermolekularen Verbindungen mit zwei oder mehr aktiven Wasserstoffatomen und einem Molekulargewicht bis zu 750 als Vernetzungsmittel in einer Menge bis zu \J5 Hydroxyläquivalent, bezogen auf ein Hydroxyläquivalent des Polyätherpolyols, sowie gegebenenfalls organischen Treibmitteln und Emulgatoren bzw. Stabilisatoren unter zusätzlicher Mitverwendung kristalliner, in dem zu verschäumenden Polyätherpolyol bei Raumtemperatur nur wenig löslich oder unlöslichen Vernetzungsmitteln aus der Gruppe Sorbit, Tri· oder Hexamethylolmelamin, Glucose, Saccharose, Erythrit, Gemische oder Hydrate dieser Verbindungen oder deren partiellen Estern oder Äthern in einer Menge von 0,1 bis 5,0 Hydroxyläquivalent, bezogen auf ein Hydroxyläquivalent des zur Verschäumung gelangenden Polyätherpolyols, in Form einer Dispersion dieser kristallinen Vernetzungsmittel in dem Polyätherpolyol.This patent application relates to a process for the production of crosslinked, elastic, open-celled urethane groups containing foams by reacting polyether polyols with a hydroxyl equivalent weight of 700 to 5000, polyisocyanates, water, catalysts, optionally low molecular weight compounds having two or more active hydrogen atoms and one which are soluble in the polyether polyols Molecular weight up to 750 as crosslinking agent in an amount of up to \ J5 hydroxyl equivalent, based on one hydroxyl equivalent of the polyether polyol, and optionally organic blowing agents and emulsifiers or stabilizers with the additional use of crystalline crosslinking agents that are only slightly soluble or insoluble in the polyether polyol to be foamed at room temperature from the group sorbitol, tri · or hexamethylolmelamine, glucose, sucrose, erythritol, mixtures or hydrates of these compounds or their partial esters or ethers in an amount from 0.1 to 5.0 hydroxyl equivalent, based on one hydroxyl equivalent of the polyether polyol to be foamed, in the form of a dispersion of these crystalline crosslinking agents in the polyether polyol.
Hierdurch gelingt es, Urethangruppen aufweisende Schaumstoffe zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Vernetzungsdichte und dadurch bedingt, entsprechend erhöhte Härtewerte aufweisen, dabei aber einenThis makes it possible to provide foams which contain urethane groups and which have a high Crosslink density and, as a result, correspondingly increased hardness values, but at the same time a
geringen Anteil geschlossener Zellen enthalten und deshalb hoohelastisph sind und nach der Herstellung nicht zu Schrumpferseheinungen neigen.contain a small proportion of closed cells and are therefore highly elastic and do not tend to shrink after production.
Mit zunehmenden Zusätzen der dort verwendeten Vernetzungsmittel wird die Bruchdehnung und Weiterreißfestigkeit der gebildeten Schäume etwas vermindert, die Zugfestigkeit dagegen erhöhtWith increasing additives used there Crosslinking agent, the elongation at break and tear resistance of the foams formed is somewhat reduced, the tensile strength, however, increases
Die Druckverformung, der Härteabfall nach 500 000 Belastungswechseln (Druckabfall), das Ermüdungsverhalten und die Alterungseigenschaften sowie die Rückprallelastizität werden dagegen kaum merklich beeinflußtThe compression deformation, the drop in hardness after 500,000 load changes (pressure drop), the fatigue behavior and the aging properties and the rebound resilience, on the other hand, are hardly noticeable influenced
Es zeigte sich jedoch, daß derartige Dispersionen der kristallinen Vernetzer in den Polyätherpolyolen im Verlauf einiger Tage zunehmend viskoser werden und zum Teil sogar erstarren. Man war deshalb gezwungen, diese Dispersionen möglichst bald nach ihrer Herstellung zu verwenden. -It was found, however, that such dispersions of crystalline crosslinkers in the polyether polyols become increasingly viscous over the course of a few days and sometimes even solidify. It was therefore necessary to use these dispersions as soon as possible after their preparation to use. -
Es wurde nun gefunden, daß sich dieser Nachteil vermeiden läßt indem man in weiterer Ausbildung des Verfahrens der Patentanmeldung P 25 07 161.8—44 eine solche Dispersion der kristallinen Vernetzungsmittel in dem Polyätherpolyol verwendet die-hergestellt worden ist indem man 0,5 bis 50Gew.-%, bezogen auf die Menge des Wassers in dem Verschäumungsansatz, einer Verbindung der allgemeinen FormelIt has now been found that this disadvantage can be avoided by further training the Method of the patent application P 25 07 161.8-44 a such dispersion of the crystalline crosslinking agent in the polyether polyol used has been prepared is by adding 0.5 to 50% by weight, based on the Amount of water in the foaming formulation, a compound of the general formula
R1 R 1
O = CO = C
NHR2 NHR 2
in der R1 einen CH3-, NHr, NHR3- oder NRrRest dargestellt wobei R3 einen Alkykest rut I bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet und R2 ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist oder Äthylenharnstoff oder Tetramethyl- oder Tetraäthylammoniumbromid oder -jodid in der wäßrigen Lösung des kristallinen Vernetzungsmittels ganz oder teilweise löst und diese Lösung in dem Polyätherpolyol dispergiertin which R 1 represents a CH 3 , NHr, NHR 3 or NRr radical where R 3 is an alky radical rut I to 4 carbon atoms and R 2 is a hydrogen atom or an alkyl radical with 1 to 4 carbon atoms or ethylene urea or tetramethyl or tetraethylammonium bromide or iodide completely or partially dissolves in the aqueous solution of the crystalline crosslinking agent and this solution is dispersed in the polyether polyol
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren in der Dispersion gelösten Verbindungen der allgemeinen FormelThe compounds of the general groups dissolved in the dispersion in the process according to the invention formula
R1 R 1
O = CO = C
NHR2 NHR 2
Äthylenharnstoff, Tetramethylammoniumbromid oder Tetraäthylammoniumjodid bauen Wasserassoziate ab.Ethylene urea, tetramethylammonium bromide or tetraethylammonium iodide degrade water associates.
Hierdurch wird zusätzlich bewirkt daß die Reaktion der Isocyanatgruppen mit dem Wasser, das im Verschäumungsansatz enthalten ist selektiv beschleunigt wird, so daß das Treibgas bereits in einem frühen Stadium der Urethanbildungsreaktion zur Verfügung steht und das Wasser möglichst quantitativ mit den Isocyanatgruppen reagiert Außerdem wird hierdurch der Beobachtung entgegengewirkt daß die kristallinen Polyole Teile des im Verschäumungsansatz enthaltenen Wassers binden und der Verschäumungsreaktion nur verzögert zur Verfügung stehen.This also has the effect that the reaction of the isocyanate groups with the water in the Foaming approach is included selectively accelerated so that the propellant gas is already in an early stage Stage of the urethane formation reaction is available and the water as quantitatively as possible with the Isocyanate groups reacts In addition, this counteracts the observation that the crystalline Polyols bind parts of the water contained in the foaming and the foaming reaction only are available with a delay.
verstreicht, bis der Reaktionsansatz infolge derelapsed until the reaction mixture as a result of
beginnenden COrBildung cremeartiges Aussehen erhält incipient CO r formation takes on a creamy appearance
Bevorzugt unter den vorgenannten Verbindungen sind die hydrophileren Substanzen, d. h. solche, die in Wasser besser löslich sind als in den organischen Komponenten des zu verschäumenden Reaktionsgemisches. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Harnstoff,Preferred among the aforementioned compounds are the more hydrophilic substances, i. H. those in Water are more soluble than in the organic components of the reaction mixture to be foamed. The use of urea is particularly preferred,
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel noch näher erläutert;The invention is explained in more detail by the following example;
100,00 Gewichtsteilen100.00 parts by weight
1,S6 Gewichtsteiien
2,00 Gewichtsteilen
1,00 Gewichtsteil
0,40 Gewichtsteilen
6,00 Gewichtsteilen1, S6 weight parts
2.00 parts by weight
1.00 part by weight
0.40 parts by weight
6.00 parts by weight
1,00 Gewichtsteil
10,00 Gewichtsteilen1.00 part by weight
10.00 parts by weight
eines mit Glycerin gestarteten Polyoxyalkylentriols, das zu
84Gew.-% aus Propylenoxid und 16 Gew.-% aus Äthylenoxid
aufgebaut ist und eine OH-Zahl von 35 aufweist
Wasser,
Glycerin,
Triäthylendiamin,
Dimethyläthanolamin,
einer Dispersion von 25 Gew.-% Sorbit und 7 Gew.-% Harnstoff in estern mit Glycerin gestarteten
Polyoxyalkylentriol, das zu 84 Gew.-% aus Propylenoxid
und 16 Gew.-% aus Äthylenoxid aufgebaut ist und eine OH-Zahl von 35 "aufweist wobei die
Dispersion 14Gew.-% Wasser enthälta polyoxyalkylene triol started with glycerol, which is made up of 84% by weight of propylene oxide and 16% by weight of ethylene oxide and has an OH number of 35
Water,
Glycerine,
Triethylenediamine,
Dimethylethanolamine,
a dispersion of 25 wt .-% sorbitol and 7 wt .-% urea in esters started with glycerol polyoxyalkylene triol, which is made up of 84 wt .-% of propylene oxide and 16 wt .-% of ethylene oxide and an OH number of 35 " wherein the dispersion contains 14% by weight of water
eines Polyäther-Polysiloxan-Blockcopolymeren
Trichlorfluormethana polyether-polysiloxane block copolymer
Trichlorofluoromethane
wird mit 51,5 Gewichtsteilen eines Gemisches aus 65 Gewichtsteilen 2,4-/2,6-ToIuylendiisocyanat (Isomerenverhältnis 80:20) und 35 Gewichtsieilen rohem Piphenylmethandiisocyanat in einem offenen Kasten zur Reaktion gebracht Es entsteht ein offenzelliger, nichtschrumpfender Schaumstoff mit einer Höhe von 28,5 cm. Die Cremezeit beträgt 10 Sekunden, die Steigzeit 105 Sekunden.is with 51.5 parts by weight of a mixture of 65 Parts by weight of 2,4- / 2,6-toluene diisocyanate (isomer ratio 80:20) and 35 parts by weight of crude Piphenylmethane diisocyanate in an open box brought to reaction The result is an open-cell, non-shrinking foam with a height of 28.5 cm. The cream time is 10 seconds, the rise time 105 seconds.
Ein Reaktionsgemisch, das die vorgenannte Zusammensetzung aufweist sich jedoch darin unterscheidet,A reaction mixture which has the aforementioned composition but differs in that
so daß die Sorbit-Dispersion keinen Harnstoff enthält ergibt ebenfalls einen offenzelligen, nichtschrumpfenden Schaumstoff. Jedoch erreicht er nur eine Höhe von 27 cm und die Cremezeit beträgt 15 Sekunden, die Steigzeit 135 Sekunden.so that the sorbitol dispersion does not contain any urea also results in an open-cell, non-shrinking one Foam. However, it only reaches a height of 27 cm and the cream time is 15 seconds Climbing time 135 seconds.
Der technische Fortschritt der. mit vorliegender Erfindung erzielt wird, wird zusätzlich noch dadurch belegt, daß die Harnstoff enthaltende Dispersion von Sorbit in Polyätherpolyol noch nach mehreren Wochen, während der gesamten Beobachtungszeit, gleichmäßig flüssig geblieben ist während die harnstofffreie Zubereitung zunächst innerhalb von drei Tagen zunehmend viskoser wird. Der kristalline Anteil der Dispersion ist schließlich so vergröbert, daß die Polyätherpolyolzubereitung nach einer Woche erstarrt.The technical progress of the. is achieved with the present invention is additionally thereby proves that the urea-containing dispersion of sorbitol in polyether polyol still after several weeks, During the entire observation period, it remained uniformly fluid while the urea-free one Preparation initially becomes increasingly viscous within three days. The crystalline portion of the The dispersion is finally so coarse that the polyether polyol preparation solidifies after a week.
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