DE3310124A1 - N-alkyl-n'-hydroxyaethylpiperazine und ihre verwendung als katalysatoren zur herstellung von polyurethanen - Google Patents
N-alkyl-n'-hydroxyaethylpiperazine und ihre verwendung als katalysatoren zur herstellung von polyurethanenInfo
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Description
Bekanntlich sind tertiäre Amine, wie Dimethyläthanolamin,
Katalysatoren zur Herstellung von Polyurethanen. Dimethyläthanolamin
hat jedoch den Nachteil eines unangenehmen Geruches sowie einer unzureichenden katalytischen Wirkung
bei der Urethanreaktion und Aushärtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue tertiäre Amine zu schaffen, die sich als Katalysatoren zur Herstellung
von Weichschaumstoffen und Hartschaumstoffen sowie Elastomeren von Polyurethanen eignen, und die geruchlos
sind. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten
Gegenstand.
Die Verbindungen der Erfindung zeichnen sich durch eine hohe Aktivität bei der Urethanreaktion zur Herstellung von
Polyurethanen aus. Dementsprechend können diese Verbindungen als Katalysatoren zur Herstellung von Polyurethanen
aus Polyesterpolyolen eingesetzt werden, für die bisher Morpholine als Katalysatoren verwendet wurden. Einige der
Morpholine haben bekanntlich toxische Eigenschaften. Somit können die Verbindungen der Erfindung das Problem der
Toxizität der Morpholin-Katalysatoren lösen. Ein weiterer Vorteil der Verbindungen der Erfindung ist ihre Temperaturempfindlichkeit
bei der katalytischen Wirkung. Mit zunehmender Temperatur nimmt die-katalytische Wirkung bei
der Herstellung von Polyurethanen zu.
Ein anderes Merkmal der Verbindungen der· Erfindung ist,
daß in ihrer Gegenwart die Herstellung von Polyurethan-Weichschaumstoffen
mit günstigen Eigenschaften ermöglicht wird. Diese Schaumstoffe zeigen nur eine geringe Restver-
L j
formung beim Naßkomprimieren bei erhöhter Temperatur. Üblicherweise
v/erden bei Verwendung von hydroxylhaltigen tertiären Aminen, wie Dimethylathanolamin, als Katalysatoren, Polyurethan-Schaumstoffe
mit zunehmender Restverformung beim Naßkomprimieren bei erhöhter Temperatur erhalten. Überraschenderweise
wurde festgestellt, daß bei Verwendung der Verbindungen der Erfindung als Katalysatoren Polyurethan-Schaumstoffe
erhalten werden, die diese Zunahme der Restverforniung
nicht zeigen. Die mit den Verbindungen der Erfindung hergestellten Polyurethan-Schaumstoffe haben deshalb
gute Dehnungseigenschaften, ohne Verschlechterung ihrer anderen Eigenschaften.
Ein weiteres Merkmal der Verbindungen der Erfindung ist ihre Geruchlosigkeit. Dies beruht auf ihrem sehr hohen Siedepunkt
und dementsprechend ihrem sehr niedrigen Dampfdruck. Diese Eigenschaften sind natürlich für die Herstellung
von Polyurethanen von wesentlicher Bedeutung.
Bei den in Anspruch 1 angegebenen Verbindungen bedeutet R^
vorzugsweise eine Ι-Ίοthylgruppe. R^ ist vorzugsweise ein
Wasserstoff at or. oder eine Methylgruppe.
Die Verbindungen der Erfindung lassen sich in an sich be-25.
kannter V/eise in einem zweistufigen Verfahren herstellen. In der ersten Stufe wird Piperazin mit Äthylenoxid, Propylenoxid
oder 1,2-Butylenoxid zum entsprechenden N-Hydroxyalkylpiperasin
umgesetzt. In der zweiten Stufe wird diese Verbindung N-alkyliert, beispielsweise durch Leuckart-Wallach-Reaktion
gemäß US-PS 4- 026 840 und die in der DE-PS 2 618 5SO beschriebene reduktive Methylierungsreaktion.
Zur Herstellung von Polyurethanen werden die Verbindungen
der Erfindung als Katalysatoren in einer Menge von 0,01 bis 4 Teilen,vorzugsweise 0,05 bis 3 Teilen pro 100 Teile
Polyol verwendet. Die Verbindungen können in Kombination
mit Triäthylendiamin und organischen Zinnverbindungen verwendet werden, die gewöhnlich als Cokatalysatoren eingesetzt
werden.
Die zur Herstellung von Polyurethanen verv/endeten Polyisocyanate sind bekannt. Spezielle Beispiele sind Toluylendiisocyanate,
Diphenylmethandiisocyanate, polymere Polyisocyanate und aliphatische Polyisocyanate. Als. Polyole
kommen Polyesterpolyole und Polyätherpolyole in Frage, zum Beispiel Polyesterpolyole aus Dicarbonsäuren und mehrwertigen
Alkoholen, Polyätherpolyole auf der Basis von Anlagerungsprodukten aus mehrwertigen Alkoholen j wie Äthylenglykol,
Glycerin, Pentaerythrit, Trimethylolpropan oder Rohrzucker, mit Äthylenoxid oder Propylenoxid, sowie Aminpolyole.
Zur Herstellung von Polyurethanen können gegebenenfalls Treibmittel, wie 051Cl, und ΟΗ,,Ο^, Netzmittel, wie Orgcnopolysiloxane,
Mittel zur Flaiamfestausrüstung, wie Alkylhalogenide
und halogenierte Phosphorverbindungen, und andere Zusätze verwendet werden. Die Art und die Menge dieser
Zusätze ist bekannt.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
a) Herstellung von N-Hydroxyäthylpiperazin
In einem 3 Liter fassenden Rundkolben, der mit einem Rührwerk und einem Kühler ausgerüstet ist, werden 672 g Piperazin
und 1600 ml Methanol vorgelegt. Der Kolben wird in ein Wasserbad eingestellt, und Äthylenoxid wird langsam
in die Lösung eingeleitet. Die Temperatur der Lösung wird durch äußere Kühlung mit Eis bei 15 bis 25°C gehalten.
Nach Einleitung von insgesamt 103 g Äthylenoxid wird die
Temperatur des Wasserbades auf 60 C erhöht und die Lösung
L . "J
1 weitere Stunde gerührt. Nach beendeter Umsetzung enthält die Lösung 503 ε nichtumgesetztes Piperazin, 130 g N-Hydroxyäthylpiperazin
sowie 27 g Bis-(N~hydroxyäthyl)-piperazin. Die Lösung wird destilliert. Es werden 120 g N-Hydroxyäthylpiperazin
von Siedepunkt 121 bis 123°C/10 Torr erhalten.
b) Herstellung von N-(2-Hydroxypropyl)-piperazin
Die Umsetzung gemäß (a) wird mit Propylenoxid anstelle von
Äthylenoxid wiederholt. Propylenoxid v/ird durch einen Tropftrichter eingegeben. Nach beendeter Zugabe wird die
Temperatur des Wasserbades auf 600C erhöht. Nach Destillation
des Reaktionsgemisches wird das N-(2-Hydroxypropyl)-piperazin vom Kp. 115°C/12 Torr erhalten.
c) Herstellung von N-Methyl-N1-hydroxyäthylpiperazin
In einem Kolben, der mit einem Rührwerk und einem Tropftrichter
ausgerüstet ist, v/ird ein Gemisch aus 207 g Ameisensäure und 20 g Wasser vorgelegt. In dieses Gemisch v/erden
langsam 391 g gemäß (a) hergestelltes N-Hydroxyäthylpiperazin
eingetropft. Sodann wird die Temperatur des Gemisches auf 1000C erhöht, und hierauf werden 271 g 36,6-prozentige
Forinaldehydlösung langsam eingetropft. Das Gemisch wird unter Rückfluß erhitzt, bis die Kohlendioxidentwicklung
aufhört. Anschließend wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und in einem Drehverdampfer konzentriert.
Ein Stück festes Natriumhydroxid wird zum Konzentrat gegeben. Es bildet sich eine organische Phase, die in einen
Kolben überführt und an einer Kolonne destilliert wird.
Es wird das N-Methyl-N'-hydroxyäthylpiperazin vom Kp.
116°C/14 Torr erhalten. Die Struktur wird durch die Elementaranalyse,
das NMR-Spektrum und das Massenspektrum bestätigt.
d) Herstellung von N-Methyl-N'-(2-hydroxypropyl)-piperazin
Die Verbindung wird gemäß (c) aus N-(2-Hydroxypropyl)-
piperazin hergestellt. Das Produkt siedet bei 135°C/2O Torr.
Auch hier wird die Struktur durch die Elementaranalyse, das NMR-Spektrum und das Massenspektrum bestätigt.
Zur Herstellung eines Polyurethan-Schaumstoffes werden die
nachstehend angegebenen Verbindungen in den angegebenen Mengenverhältnissen miteinander vermischt. Die Schäumung
erfolgt in üblicher Weise. Das Polyol, Wasser, Netzmittel, Katalysator und Polyisocyanat werden unter Rühren miteinander vermischt und in einen auf 4-00C erwärmten Behälter
aus Aluminium mit einem Fassungsvermögen von 25 ml gegossen. Ein Teil des Produkts wird als Probe verwendet, deren
physikalische Eigenschaften bestimmt werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengefaßt.
Im Vergleich mit dem gemäß Beispiel 3 hergestellten Vergleichsprodukt
wird ein Polyurethan-Schaumstoff mit guten Dehnungseigenschaften erhalten, ohne Zunahme der Restverformung
bei der Aushärtung bei Naßkompression bei erhöhter Temperatur.
Rezeptur:
Bestandteile Gewichtsteile
FA-703^ 68,0
FA-728^ 30,0
Diäthanolamin 2,0
V/asser · 2,5
L-5305^ Ί,Ο
R-11^ ' 5,0
Katalysator unterschiedliche Mengen
Isocyanat^) - Index I05
(1) Polyätherpolyol mit einem durchschnittlichen Zahlenmittel des Molekulargewichts von 5000, Hersteller
Sanyo Kasei Kogyo K.K.
BAD ORIGINAL"
L ■ ' . " J
(2) Polymeres Polyol auf der Basis eines Acrylnitril-Styrol-Pfropfcopolymerisats,
Hersteller Sanyo Kasei Kogyo K.K.
(3) Netzmittel, Hersteller Union Carbide Corporation
(4-) Freon
(5) Polyisocyanat-Gemisch aus 80 Teilen Toluylendiisocyanat
(T-80) und 20 Teilen eines Polyisocyanate mit 2,3 bis
2,7 Isocyanatgruppen (polymerisiertes Diphenylmethandiisocyanat), Hersteller Japan Polyurethane Kogyo K.K.
·. Kat aly s at or, Teile | 0.4 | 0.4 | 0. | 4 | 0.4 | |
5 | TEDA (L-33)(6) | 0.2 | 0.4 | 0. | 6 | 0.8 |
N-Methy1-N·-hydroxy- | ||||||
äthylpiperazin | 17.5 | 17.0 | 16. | 5 | 15.5 | |
10 | Startzeit,sec | 124 | 104 | 92 | 84 | |
Gelzeit, see | 174 | 144 | 127 | 118 | ||
Steigzeit, sec - | ||||||
15 | 44.1 | 42.3 | 41. | 6 | 40.6 | |
Dichte, kg/m | 3.6 | 3.6 | 3. | 4 | 3.3 | |
CLD 25% | 13.4 | 11.7 | 10. | 9 | 10.8 | |
65% | ||||||
20 | 79 | 91 | 100 | 97 | ||
Dehnung, C,O | ||||||
Jttestverformung bei Naß- | ||||||
kompressions-Aushärtung | 18.2 | 16.2 | 17. | 8 | 19.6 | |
bei erhöhter Temperatur,# | ||||||
25, | ||||||
30 (6) Technisches Triäthylendiamin mit einem Gehalt von 67$ Dipropylenglykol, Hersteller Toyo Soda Manufacturing
Co., Ltd.
Beispiel 5 (Vergleich)
Beispiel 2 wird mit N-Äthylmorpholin anstelle von
N-Hethyl-N'-hydroxyäthylpiperazin wiederholt. Die Ergebnisse
sind in Tabelle II zusammengefaßt.
Katalysator, Teile | 0.4 | 0.4 | 0.4 | o„; |
TEDA (L-33) | 0.1 | 0.2 | 0.4 | 0.( |
N-Äthylmorpholin | 18.0 | 17.5 | 16.0 | 15.( |
Startzeit, see | 122 | 112 | 90 | 88 |
Gelzeit, see - | 175 | 158 | 125 | 109 |
Steigzeit, see | 43.2 | 43.2 | 41.5 | 42.' |
Dichte, kg/m | 3.7 | 3.8 | 3.4 | 3.- |
CLD 25% | 14.2 | 14.2 | 12.2 | 12.1 |
65% | 84 | 87 | 84 | 85 |
Dehnung, % | $ 17.6 | 18.3 | 17.0 | 19. |
Restverfornnmg bei Naß- kompressions-Aushärtung bei erhöhter Temperatur,$ |
||||
35
Beispiel 2 wird mit N-Methyl-N'-(2-hydroxypropyl)-piperazin
wiederholt. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammenge- ' faßt. Es ist ersichtlich, daß ein Polyurethan-Schaumstoff
mit guter Dehnung ohne Erhöhung der Restverformung bei Kaßkompressionshärtung bei erhöhter Temperatur erhalten wird.
mit guter Dehnung ohne Erhöhung der Restverformung bei Kaßkompressionshärtung bei erhöhter Temperatur erhalten wird.
20
25
30
Katalysator, Teile | 0. | 4 | 0. | 4 | 0.4 | 0. | 4 |
TEDA (L-33) | 0. | 2 | 0. | 4 | 0.7 | 0. | 9 |
N- Mathy1-N·-(2-hydroxy- propy1)piperazin |
17 | . 16 | 15 | 13 | |||
Startzeit, see | 125 | 112 | 100 | 93 | |||
Gelzeit, see | 175 | 156 | 141 | 130 | |||
Steigzeit, see | 41. | 2 | 41. | 8 | 40.2 | 41. | 8 |
Dichte, kg/m | 3. | 6 | 3. | 4 | 3.0 | 3. | 4 |
CLD 25% | 11. | 3 | 10. | 7 | 10.1 | 11. | 4 |
65% | 85 | 93 | 105 | 96 | |||
Dehnung, # | 17. | 7 | 19. | 5 | 20.5 | 20. | 1 2 |
Restverformung bei Maßkom- pressions-Aushärtung bei erhöhter Temperatur, % |
|||||||
Claims (3)
- vossius · vossius · TATJc:w N e:r:·. keunemann · rauhPATENTANWÄLTESIEBERTSTRASSE A ■ ΘΟΟΟ MÜNCHEN 86 · PHONE: (O89) 474O7S CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN · TELEX B-29 463 VOPAT Du.Z.: S 350 (Vo/H) · . . 21- März 1983 Case: 8054TOYO SODA MANUFACTURING CO., LTD. Shinnanyo, Japan"N-Alkyl-N'-hydroxyäthylpiperazine und ihre Verwendung als Katalysatoren zur Herstellung von PolyurethanenPat entansprü ehe(i.)N-Alkyl-N'-hydroxyäthylpiperazine der allgemeinen Formel/CH2CX f2R1-N N- CH2CHOHin der R^ ein C^_^-Alkylrest und R2 ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder Athylgruppe bedeutet.
- 2. Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R^ eine Methylgruppe und Rp ein Wasserstoffatom oder eine Kethylgruppe ist.
- 3. N-Methyl-N1-hydroxyäthylpiperazin.4-. N-Methyl-N !-(2-hydroxypropyl)-piperazin.5· Verwendung der Verbindungen nach einem der Ansprüche bis 4 als Katalysatoren zur Herstellung von Polyurethanen.L bad original^ / Λ
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TOSOH CORP., SHINNANYO, YAMAGUCHI, JP |
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: VOSSIUS, V., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. TAUCHNER, P., |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: TAUCHNER, P., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. HEUNEMANN, D., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT. RAUH, P., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |