DE3717060A1 - Polyether-polycarbonat-diole, ihre herstellung und verwendung als ausgangsprodukte fuer polyurethankunststoffe - Google Patents
Polyether-polycarbonat-diole, ihre herstellung und verwendung als ausgangsprodukte fuer polyurethankunststoffeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft neue Polyether-Polycarbonat-Diole
auf Basis des 1,6-Hexandiols, die Herstellung
dieser Produkte sowie ihre Verwendung als Ausgangsstoffe
für hochwertige Polyurethan-Kunststoffe.
Aliphatische Polycarbonat-Diole sind seit langem bekannt.
Sie werden aus nicht vicinalen Diolen durch Umsetzung
mit Diarylcarbonat (DOS 1915 908), Dialkylcarbonat
(DOS 2555 805), Dioxolanonen (DOS 2523 352), Phosgen
(DOS 1595 446), Bis-chlorkohlensäureestern
(DP 857 948) oder Harnstoff (P. Ball, H. Fuillmann und
W. Heitz, Angew. Chem. 92 1980 Nr. 9, S. 742, 743) hergestellt.
Von den in der Literatur beschriebenen Diolen
haben bislang nur solche auf ausschließlicher oder vorwiegender
Basis des 1,6-Hexandiols größere technische
Bedeutung erlangt. So werden aus Hexandiolpolycarbonat
nach bekannten Verfahren hochwertige Polyurethan-Elastomere
und -Beschichtungsmittel hergestellt, die insbesondere
wegen der hervorragenden Resistenz gegen hydrolytische
Einflüsse für die Herstellung von Artikeln mit
langer Lebensdauer eingesetzt werden. Die Hydrolysefestigkeit
solcher Polyurethane ist bekanntlich um Größenordnungen
besser als die von Polyurethanen auf Basis von
Adipinsäure-Polyester als Diolkomponente. Reine Hexandiolpolycarbonate
(Mol-Gew. 500-4000) sind Wachse mit
einem Erweichungspunkt von 45-55°C (je nach MG). Die
Kristallisationsneigung des Weichsegments führt dazu,
daß die entsprechenden Polyurethane bei tiefen Temperaturen
zum Verhärten neigen und ihre Flexibilität verlieren.
Um diesen gravierenden Nachteil zu beheben, wurden
Hexandiolpolycarbonate hergestellt, bei denen der Erweichungspunkt
durch Einbau von Störkomponenten je nach
deren Anteil mehr oder weniger stark erniedrigt war. Da
die hierfür geeigneten längerkettigen Diole technisch
nicht verfügbar waren, wurde hierfür Adipinsäure (DAS
1964 998), Caprolacton (DAS 1770 245) oder Di-, Tri-
und Tetraethylenglykol (DAS 2221 751) verwendet. Die
Folge war eine Verminderung der Hydrolysefestigkeit der
Polyurethane durch die leichter hydrolysierenden Estergruppen
bzw. die hydrophilen Ethersegmente.
Ein weiterer Nachteil der Hexandiolpolycarbonate ist
deren relativ hohe Eigenviskosität (z. B. ca. 5000 mPa · s
bei 60°C, MG 2000), die insbesondere dann zu gewissen
Verarbeitungsschwierigkeiten führt, wenn die Polyurethan-Herstellung
nach dem Zweistufenverfahren über ein
Isocyanat-Präpolymer erfolgen soll.
Hochwertige Polyurethane (PU) werden zunehmend in Gebieten
eingesetzt, bei denen die entsprechenden Artikel
außer hydrolytischen Einflüssen auch dem Angriff durch
Mikroorganismen ausgesetzt sind. Dies gilt z. B. für
Walzen in Druckerei- oder Textilbetrieben, für Kabelummantelungen,
für Federelemente und Schwingungsdämpfer
im Maschinenbau, für Beschichtungen von Markisen, Flachdächern
und Gartenmöbeln sowie für Elastomerfasern in
Freizeittextilien. Hier zeigen FP auf Basis von aliphatischen
Polycarbonaten eine ähnliche Anfälligkeit wie
solche auf Basis aliphatischer Polyester.
Bekannterweise sind Polyurethane auf Basis von Polyethern
bedeutend resistenter gegen den Abbau durch Mikroorganismen.
Die für die genannten Einsatzgebiete mit
hohen Qualitätsanforderungen ausschließlich in Frage
kommenden und auch verwendeten Polymerisate des Tetrahydrofurans
weisen hier wiederum einige andere Nachteile
auf. So führt auch hier die Kristallinität zu einer Verhärtungstendenz
des PU bei tiefen Temperaturen; insbesondere
dann, wenn das angestrebte Eigenschaftsprofil
der PU den Einsatz von Weichsegmenten mit mittleren MG
von 2000 und höher erfordert. Die Quellbeständigkeit
der PU sowohl in Wasser als auch in organischen Lösungsmitteln
ist nur mäßig; das gleiche gilt für die Weiterreißfestigkeit.
In dem US-Patent Nr. 44 63 191 werden Polyetherpolycarbonate
der allgemeinen Formel
mit
R= -CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-
n= 7-45 und
m= 0-18,
ihre Herstellung und Verwendung beschrieben.
Sie werden durch Kondensation von Polytetramethylenetherglykolen
vom mittleren Molekulargewicht 500-3000,
vorzugsweise 650-2900, mit Dialkylcarbonaten, cyclischen
Carbonaten oder Phosgen hergestellt.
Für die mittleren Molekulargewichte der Polyethercarbonate
ergibt sich aus der allgemeinen Formel ein Bereich
von 828 bis 51 192. Für das Verhältnis von Ethergruppen
zu Carbonatgruppen resultiert als niedrigster Wert 12 : 1,
als höchster Wert 46,3 : 1.
Der nur geringfügige Austausch von Ethergruppen durch
Carbonatgruppen in den beschriebenen Produkten bewirkt
naturgemäß auch nur eine geringfügige Änderung im Eigenschaftsbild
der Polyethercarbonate gegenüber den reinen
Polytetramethylenetherglykolen.
Dies gilt auch für die aus dem US-Patent Nr. 44 76 293
bekannten Produkte, wo zur Herstellung von Polyethercarbonat-Diolen
als Ausgangsprodukte Copolyether-Diole aus
Tetrahydrofuran und 10-80 Gew.-% eines anderen cyclischen
Alkylenoxids mit zwei oder drei Kohlenstoffatomen
im Ring (Epoxide und Oxetane, MG 600-3000) zu Polycarbonaten
kondensiert werden.
Zur Herstellung hochwertiger Polyurethane sind derartige
Produkte nur schlecht geeignet, da der Anteil an hydrophilen
Ethersegmenten und/oder seitenständigen Substituenten
die Gebrauchseigenschaften der Polyurethanerzeugnisse
erfahrungsgemäß stark negativ beeinflussen.
Es sind auch Hydroxyl-Endgruppen aufweisende Polyether
auf Basis des 1,6-Hexandiols längst bekannt. Sie können
durch Direktveretherung von Hexandiol mit sauren Katalysatoren
wie z. B. p-Toluolsulfonsäure (USP 24 92 955)
oder Benzol- bzw. Naphthalindisulfonsäure (DAS 15 70 540)
hergestellt werden.
Die bei Temperaturen von 150-200°C verlaufende Kondensation
ist um so mehr von Nebenreaktionen und Verfärbungen
begleitet, je höher die angestrebten mittleren
Molekulargewichte sind. Zum Erreichen von Molekulargewichten
von 1000-2000, wie sie in der Polyurethan-Chemie
üblich und erforderlich sind, sind lange Reaktionszeiten
bei relativ hoher Temperatur erforderlich.
Mit dem Kondensationswasser destillieren die Nebenprodukte
Oxepan, Hexadien und Hexenol ab, wodurch die Ausbeute
stark vermindert wird (USP 24 92 955).
Außerdem besteht die Gefahr, daß die Produkte anstelle
von OH-Gruppen endständige Doppelbindungen enthalten,
die sich bei der Polyurethansynthese als Kettenabbrecher
störend bemerkbar machen (USP 24 92 955).
Die Hexandiolpolyether sind kristallin mit Erweichungspunkten
über 60°C; die daraus hergestellten PU zeigen
ein schlechtes Tieftemperaturverhalten (schlechte Flexibilität
in der Kälte, Dehnungskristallisation). Aus den
genannten Gründen haben sie bislang auch noch keinerlei
technische Bedeutung erlangt.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß man zu einer
sehr brauchbaren Polyolkomponente zur Herstellung hochwertiger
PU-Kunststoffe gelangt, die alle Nachteile der
genannten Ausgangsprodukte nicht aufweisen, wenn man
kurzkettige Veretherungsprodukte des Hexandiols mit geeigneten
Derivaten der Kohlensäure zu längerkettigen
Polyether-Polycarbonat-Diolen umsetzt.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit
Hydroxyl-Endgruppen aufweisende Polyether-Polycarbonate
mit MG von 500-12 000, vorzugsweise 700-6000, bestimmt
durch Messung der OH-Zahl, bei denen Hexamethylengruppen
und gegebenenfalls bis zu 50 Mol-% der Hexamethylengruppen
Penta-, Hepta-, Octa-, Nona- oder Decamethylengruppen,
vorzugsweise aber ausschließlich Hexamethylengruppen
statistisch, alternierend oder blockweise durch
Ether- und Carbonatgruppen verknüpft sind, wobei das
Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen von 5 : 1
bis 1 : 5, vorzugsweise 3 :1 bis 1 : 3 beträgt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zur
Herstellung der neuen Polyether-Polycarbonate, die dadurch
gekennzeichnet sind, daß man in der ersten Reaktionsstufe
Polyetherdiole mit MG von 150-500, vorzugsweise
180-400, durch an sich bekannte Veretherung von
Hexandiol-1,6 und gegebenenfalls Heptandiol-1,7, Octandiol-1,8,
Nonandiol-1,9, vorzugsweise ausschließlich
Hexandiol-1,6, oder durch Einwirkung von Basen auf entsprechende
Gemische von α,ω-Diolen, α,ω-Halogenalkoholen
und α,ω-Dihalogenalkanen herstellt und in der 2. Reaktionsstufe
die Polyetherdiole in an sich bekannter Weise,
gegebenenfalls zusammen mit Pentandiol-1,5, Hexandiol-1,6,
Heptandiol-1,7, Octandiol-1,8, Nonandiol-1,9
oder Decandiol-1,10, vorzugsweise ausschließlich die
Polyetherdiole, gegebenenfalls im Gemisch mit Hexandiol-1,6,
mit Diarylcarbonaten, Dialkylcarbonaten, Dioxolanonen,
Hexandiol-bischlorkohlensäureestern, Phosgen oder
Harnstoff, vorzugsweise mit Diphenylcarbonat, zu Polyether-Polycarbonaten
mit MG von 500-12 000, vorzugsweise
700-6000 umsetzt, wobei der Gesamtanteil der aliphatischen
Reste außer Hexamethylenresten in den beiden Reaktionsstufen
höchstens 50 Mol-% ausmachen darf.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist
die Herstellung von gegebenenfalls geschäumten Polyurethan-Kunststoffen
durch Umsetzung von höhermolekularen,
mindestens zwei Hydroxylgruppen enthaltenden Verbindungen
gegebenenfalls weiteren niedermolekularen Di- und
Polyolen, niedermolekularen Kettenverlängerern und gegebenenfalls
Treibmitteln mit Di- und/oder Polyisocyanaten
nach dem Ein- oder Zweistufenverfahren, gegebenenfalls
in inerten Lösungsmitteln oder in wäßriger Emulsion und
üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet,
daß die höhermolekularen Hydroxyverbindungen, zumindest
zu 50 Gew.-% aus den erfindungsgemäßen Polyether-Polycarbonaten
bestehen.
Ausgangsprodukte für die Herstellung der erfindungsgemäßen
Polyether-Polycarbonat-Diole sind:
- 1. Für die Polyetherdiole:
Hexandiol-1,6, Heptandiol-1,7, Octandiol-1,8, Nonandiol-1,9, Decandiol-1,10, 6-Chlorhexanol, 6-Bromhexanol, 1,6-Dichlorhexan, 1,6-Dibromhexan, vorzugsweise ausschließlich Hexandiol-1,6. - 2. Als Katalysatoren für die Veretherung der Diole
können
Schwefelsäure, Butansulfonsäure, Perfluorbutansulfonsäure, Benzol- und Toluolsulfonsäure, Benzol- und Naphthalindisulfonsäuren, saure Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen, saure Tonerden eingesetzt werden. Vorzugsweise wird Naphthalin-1,5-disulfonsäure in Anteilen von 0,1 bis 2, vorzugsweise 0,2 bis 1 Gew.-% eingesetzt. - 3. Als gegebenenfalls zusammen mit den Polyethern der
ersten Reaktionsstufe in der zweiten Reaktionsstufe
weitere einsetzbare Polyole:
Pentandiol-1,5, Hexandiol-1,6, Heptandiol-1,7, Octandiol-1,8, Nonandiol-1,9, Decandiol-1,10, Oligomere des Ethylenoxids und 1,2-Propylenoxids wie Di-, Tri- und Tetraethylenglykol, Di- und Tetrapropylenglykol.
Zur Verzweigung können auch geringe Mengen an Trimethylolethan und -propan sowie Pentaerythrit eingesetzt werden.
Vorzugsweise werden keine weiteren Polyole oder nur Hexandiol-1,6 mitverwendet. - 4. Zur Umsetzung mit den Polyethern der ersten Reaktionsstufen
können folgende Verbindungen verwendet
werden:
Diarylcarbonate wie Diphenyl-, Ditolyl-, Dixylyl-, Dinaphthyl-carbonat, Dialkylcarbonate wie Diethyl-, Dipropyl-, Dibutyl-, Diamyl-, Dicyclohexyl-carbonat, Dioxolanone wie Ethylen- und Propylencarbonat, Hexandiol-1,6-bischlorkohlensäureester, Phosgen und Harnstoff.
Bevorzugt wird Diphenylcarbonat verwendet.
Die erfindungsgemäßen Polyether-Polycarbonate können in
allgemeiner Weise wie folgt hergestellt werden:
Hexandiol, gegebenenfalls im Gemisch mit einem der angeführten a,ω-Diole, wird mit dem Katalysator, bevorzugt Naphthalin-1,5-disulfonsäure, auf 150-200°C erhitzt. Dabei wird in 3 bis 16 Stunden je nach Temperatur und Katalysatormenge die dem angestrebten Molekulargewicht (150-490) entsprechende Wassermenge abdestilliert. Die Kondensation kann entweder bei Normaldruck unter Überleiten von Stickstoff oder unter Einleiten eines Inertgases (Na₂ oder CO₂) in die Schmelze und/oder unter Verwendung eines Schleppmittels zur Aceotropen Abdestillation des Wassers oder im Vakuum (50-200 mbar) durchgeführt werden. Mit dem Kondensationswasser und gegebenenfalls dem Schleppmittel destilliert als Nebenprodukt Oxepan (Hexamethylenoxid) ab, dessen Menge je nach Kondensationsdauer und -Temperatur 2-6 Mol-% des eingesetzten Hexandiols beträgt.
Hexandiol, gegebenenfalls im Gemisch mit einem der angeführten a,ω-Diole, wird mit dem Katalysator, bevorzugt Naphthalin-1,5-disulfonsäure, auf 150-200°C erhitzt. Dabei wird in 3 bis 16 Stunden je nach Temperatur und Katalysatormenge die dem angestrebten Molekulargewicht (150-490) entsprechende Wassermenge abdestilliert. Die Kondensation kann entweder bei Normaldruck unter Überleiten von Stickstoff oder unter Einleiten eines Inertgases (Na₂ oder CO₂) in die Schmelze und/oder unter Verwendung eines Schleppmittels zur Aceotropen Abdestillation des Wassers oder im Vakuum (50-200 mbar) durchgeführt werden. Mit dem Kondensationswasser und gegebenenfalls dem Schleppmittel destilliert als Nebenprodukt Oxepan (Hexamethylenoxid) ab, dessen Menge je nach Kondensationsdauer und -Temperatur 2-6 Mol-% des eingesetzten Hexandiols beträgt.
Die niedrigste Nebenproduktbildung und auch die besten
Farbzahlen für die Polyether werden durch aceotrope Abdestillation
des Wassers erreicht. Als Schleppmittel
können z. B. Toluol, Xylol, Benzinfraktion, Cyclohexan,
Chlorbenzol verwendet werden. Besonders gut ist
das Oxepan selbst geeignet, da dessen Anwesenheit seine
Neubildung aus Hexandiol etwas zurückdrängt. Die Menge
des Schleppmittels wird so bemessen, daß das Reaktionsgemisch
bei der Reaktionstemperatur dauernd am Sieden
gehalten wird. Für Qualität und Ausbeute der Polyether
ist es günstiger, bei niedrigeren Temperaturen zu arbeiten
und dafür längere Reaktionszeiten in Kauf zu nehmen
(z. B.: 170°C/16 Stunden).
Nach Erreichen des angestrebten Kondensationsgrades (ermittelbar
aus der abdestillierten Wassermenge) wird das
Reaktionsgemisch auf unter 100°C abgekühlt und mit
5-10 Gew.-% Wasser zur Hydrolyse etwaig gebildeter Sulfonsäureestergruppen
1-3 Stunden am Rückfluß gekocht.
Danach wird der saure Katalysator mit wäßrigem Alkali
oder mit Ammoniak neutralisiert. Nach Abdampfen von Wasser,
Lösungsmittel und Ringether im Vakuum werden die
festen, unlöslichen Salze der Sulfonsäure abfiltriert.
Man erhält leicht gelb gefärbte Flüssigkeiten oder niedrigschmelzende
Wachse mit Molekulargewichten von 150-500,
bestimmt nach der OH-Zahl, vorzugsweise mit MG von
180-400. Gegebenenfalls können die Polyether durch Destillation
oder fraktionierte Extraktion in 1,6-Hexandiol,
ω,ω-Dihydroxydihexylether und höhere Oligomere
aufgetrennt werden.
Ebenso ist es möglich, das Molekulargewicht der Polyether
durch Abdestillieren eines Teiles des nicht umgesetzten
Hexandiols auf einen gewünschten höheren Wert
einzustellen.
Die Polyether werden dann in der zweiten Reaktionsstufe
bei Temperaturen von 120-220°C, vorzugsweise von
130-200°C, und Drucken von 200 bis 1 mbar, mit Diphenyl-carbonat,
unter Abdestillieren von Phenol kondensiert.
Hierzu kann der Polyether aus der ersten Stufe
gegebenenfalls nach einer der oben beschriebenen Vorbehandlung
und/oder nach Vermischen mit Hexandiol und/oder
gegebenenfalls einem weiteren Polyol eingesetzt werden.
Die carbonatbildende Verbindung wird in einem definierten
Unterschuß eingesetzt, so daß das angestrebte Molekulargewicht
gemäß folgender Gleichung resultiert:
MG (Polycarbonat) = n × MG (Diol) + (n-1) × 26
Dabei bedeutet n die Molzahl des eingesetzten Diols und
(n-1) die Molzahl der eingesetzten carbonatbildenden
Verbindung. 26 ist das MG der Carboxylgruppe vermindert
um 2.
Die Umsetzung in der zweiten Reaktionsstufe kann durch
Basen oder Übergangsmetallverbindungen katalysiert werden.
Die erhaltenen Polyethercarbonate sind relativ niedrigviskose
Flüssigkeiten oder niedrigschmelzende
Wachse. Wird als Polyolkomponente nur 1,6-Hexandiol verwendet,
so hängen die Erweichungspunkte der resultierenden
Polyether-Polycarbonate vom Verhältnis Carbonatgruppen
zu Ethergruppen ab. Beträgt dieses etwa 1,25 : 1,
so wird ein Schmelzpunktminimum bei 18-22°C (je nach
Molgewicht) erreicht, d. h. solche Produkte sind bei
Raumtemperatur flüssig und daher leicht handhabbar.
Sie sind die bevorzugten Polyetherpoly-carbonate gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäßen Polyether-Polycarbonate können
insbesondere zu PU-Kunststoffen verarbeitet werden, die
günstige Eigenschaften aufweisen. Neben den günstigen
Verarbeitungseigenschaften der Polyetherpolycarbonate
wegen ihrer relativ niedrigen Viskosität, insbesondere
bei der Verarbeitung zu Polyisocyanat-Präpolymeren, ergeben
sie PU mit sehr guter Elastizität, Zugfestigkeit,
Weiterreißfestigkeit und Bruchdehnung. Außerdem PU mit
einer guten Flexibilität bei niedrigen Temperaturen und
sehr niedrigen Einfriertemperaturen. Solche PU erhält
man auch beim Einsatz von Polyether-Polycarbonaten, deren
Erweichungspunkte oberhalb 30°C liegen. Außerdem
zeigen die PU eine gute Resistenz gegen hydrolytische
und bakterielle Einflüsse.
I. Zur Herstellung der Polyurethan-Kunststoffe werden
neben den erfindungsgemäßen Polyether-Polycarbonaten,
gegebenenfalls als höhermolekulare Hydroxylverbindungen,
folgende Verbindungen eingesetzt:
Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen von einem Molekulargewicht in der Regel von 400-10 000. Hierunter versteht man neben Aminogruppen, Thiolgruppen oder Carboxylgruppen aufweisenden Verbindungen vorzugsweise Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen, insbesondere zwei bis acht Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen, speziell solche vom Molekulargewicht 500 bis 8000, vorzugsweise 700 bis 6000, z. B. mindestens zwei, in der Regel 2 bis 8, vorzugsweise aber 2 bis 4, Hydroxylgruppen aufweisende Polyester, Polyether, Polythioether, Polyacetale, Polycarbonate und Polyesteramide, wie sie für die Herstellung von homogenen und von zellförmigen Polyurethanen an sich bekannt sind:
Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen von einem Molekulargewicht in der Regel von 400-10 000. Hierunter versteht man neben Aminogruppen, Thiolgruppen oder Carboxylgruppen aufweisenden Verbindungen vorzugsweise Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen, insbesondere zwei bis acht Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen, speziell solche vom Molekulargewicht 500 bis 8000, vorzugsweise 700 bis 6000, z. B. mindestens zwei, in der Regel 2 bis 8, vorzugsweise aber 2 bis 4, Hydroxylgruppen aufweisende Polyester, Polyether, Polythioether, Polyacetale, Polycarbonate und Polyesteramide, wie sie für die Herstellung von homogenen und von zellförmigen Polyurethanen an sich bekannt sind:
- a) Die in Frage kommenden Hydroxylgruppen aufweisenden
Polyester sind z. B. Umsetzungsprodukte von mehrwertigen,
vorzugsweise zweiwertigen und gegebenenfalls
zusätzlich dreiwertigen Alkoholen mit mehrwertigen,
vorzugsweise zweiwertigen, Carbonsäuren.
Anstelle der freien Polycarbonsäuren können auch
die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder
entsprechende Polycarbonsäureester von niedrigen
Alkoholen oder deren Gemische zur Herstellung der
Polyester verwendet werden. Die Polycarbonsäuren
können aliphatischer, cycloaliphatischer, aromatischer
und/oder heterocyclischer Natur sein und gegebenenfalls,
z. B. durch Halogenatome, substituiert
und/oder ungesättigt sein.
Als Beispiele für solche Carbonsäuren und deren Derivate seien genannt:
Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Trimellitsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, dimerisierte und trimerisierte ungesättigte Fettsäuren, gegebenenfalls in Mischung mit monomeren ungesättigten Fettsäuren, wie Ölsäure; Terephthalsäuredimethylester und Terephthalsäure-bis-glykolester. Als mehrwertige Alkohole kommen z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol-(1,2) und -(1,3), Butylenglykol-(1,4) und -(2,3), Hexandiol-(1,6), Octandiol-(1,8), Neopentylglykol, 1,4-Bis-hydroxymethylcyclohexan, 2-Methyl-1,3-propandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Hexantriol-(1,2,6), Butantriol-(1,2,4), Trimethylolethan, Pentaerythrit, Chinit, Mannit und Sorbit, Formit, Methylglykosid, ferner Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol und höhere Polyethylenglykole, Dipropylenglykol und höhere Polypropylenglykole sowie Dibutylenglykol und höhere Polybutylenglykole in Frage. Die Polyester können anteilig endständige Carboxylgruppen aufweisen. Auch Polyester aus Lactonen, z. B. ε-Caprolacton, oder aus Hydroxycarbonsäuren, z. B. ω-Hydroxycapronsäure, sind einsetzbar. - b) Auch die erfindungsgemäß in Frage kommenden, mindestens zwei, in der Regel zwei bis acht, vorzugsweise zwei bis drei, Hydroxylgruppen aufweisenden Polyether sind solche der an sich bekannten Art und werden z. B. durch Polymerisation von Epoxiden wie Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Tetrahydrofuran, Styroloxid oder Epichlorhydrin mit sich selbst, z. B. in Gegenwart von Lewis-Katalysatoren wie BF₂, oder durch Anlagerung dieser Epoxide, vorzugsweise von Ethylenoxid und Propylenoxid, gegebenenfalls im Gemisch oder nebeneinander, an Startkomponenten mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen wie Wasser, Alkohole, Ammoniak oder Amine, z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol-(1,3) oder -(1,2), Trimethylolpropan, Glycerin, Sorbit, 4,4'-Dihydroxydiphenylpropan, Anilin, Ethanolamin oder Ethylendiamin hergestellt. Auch Sucrosepolyether, wie sie z. B. in den DE-Auslegeschriften 11 76 358 und 10 64 938 beschrieben werden, sowie auf Formit oder Formose gestartete Polyether (DE-Offenlegungsschriften 26 39 983 bzw. 27 37 951), kommen erfindungsgemäß in Frage. Vielfach sind solche Polyether bevorzugt, die überwiegend (bis zu 90 Gew.-%, bezogen auf alle vorhandenen OH-Gruppen im Polyether) primäre OH-Gruppen aufweisen. Auch OH-Gruppen aufweisende Polybutadiene sind erfindungsgemäß geeignet.
- c) Unter den Polythioethern seien insbesondere die Kondensationsprodukte von Thiodiglykol mit sich selbst und/oder mit anderen Glykolen, Dicarbonsäuren, Formaldehyd, Aminocarbonsäuren oder Aminoalkoholen angeführt. Je nach den Co-Komponenten handelt es sich bei den Produkten z. B. um Polythiomischether, Polythioetherester oder Polythioetheresteramide.
- d) Als Polyacetale kommen z. B. die als Glykolen, wie Diethylenglykol, Triethylenglykol, 4,4'-Dioxethoxydiphenyldimethylmethan, Hexandiol und Formaldehyd herstellbaren Verbindungen in Frage. Auch durch Polymerisation cyclischer Acetale wie z. B. Trioxan (DE-Offenlegungsschrift 16 94 128) lassen sich erfindungsgemäß geeignete Polyacetale herstellen.
- e) Als Hydroxylgruppen aufweisende Polycarbonate kommen solche der an sich bekannten Art in Betracht, die z. B. durch Umsetzung von Diolen wie Propandiol-(1,3), Butandiol-(1,4) und/oder Hexandiol-(1,6), Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol oder Thiodiglykol mit Diarylcarbonaten, z. B. Diphenylcarbonat, oder Phosgen hergestellt werden können (DE-Auslegungsschriften 16 94 080, 19 15 908 und 22 21 751; DE-Offenlegungsschrift 26 05 024).
- f) Zu den Polyesteramiden und Polyamiden zählen z. B. die aus mehrwertigen gesättigten oder ungesättigten Carbonsäuren bzw. deren Anhydriden und mehrwertigen gesättigten oder ungesättigten Aminoalkoholen, Diaminen, Polyaminen und deren Mischungen gewonnenen, vorwiegend linearen Kondensate.
- g) Auch bereits Urethan- oder Harnstoffgruppen enthaltende Polyhydroxylverbindungen sowie gegebenenfalls modifizierte natürliche Polyole, wie Rizinusöl oder Kohlenhydrate, z. B. Stärke, sind verwendbar. Auch Anlagerungsprodukte von Alkylenoxiden an Phenol-Formaldehyd-Harze oder auch an Harnstoff-Formaldehyd-Harze sind erfindungsgemäß einsetzbar.
- h) Die genannten Polyhydroxylverbindungen können vor
ihrer Verwendung im Polyisocyanat-Polyadditionsverfahren
noch in der verschiedensten Weise modifiziert
werden: So läßt sich gemäß DE-Offenlegungsschriften
22 10 839 (US-Patentschrift 38 49 515)
und 25 44 195 ein Gemisch aus verschiedenen Polyhydroxylverbindungen
(z. B. aus einem Polyether-
und einem Polyesterpolyol) durch Veretherung in Gegenwart
einer starken Säure zu einem höhermolekularen
Polyol kondensieren, welches aus über Etherbrücken
verbundenen verschiedenen Segmenten aufgebaut
ist. Es ist auch möglich, z. B. gemäß DE-Offenlegungsschrift
25 59 372 in die Polyhydroxylverbindungen
Amidgruppen oder gemäß DE-Offenlegungsschrift
26 20 487 durch Umsetzung mit polyfunktionellen
Cyansäureestern Triazingruppen einzuführen.
Durch Umsetzung eines Polyols mit einer weniger
als äquivalenten Menge eines Diisocyanatocarbodiimids
und anschließende Reaktion der Carbodiimidgruppe
mit einem Amin, Amid, Phosphit oder
einer Carbonsäure erhält man Guanidin-, Phosphonoformamidin-
bzw. Acylharnstoffgruppen aufweisende
Polyhydroxylverbindungen (DE-Offenlegungsschriften
27 14 289, 27 14 292 und 27 14 293). Von besonderem
Interesse ist es in manchen Fällen, die höhermolekularen
Polyhydroxylverbindungen durch Reaktion mit
Isatosäureanhydrid vollständig oder teilweise in
die entsprechenden Anthranilsäureester überzuführen,
wie es in den DE-Offenlegungsschriften
20 19 432 und 26 19 840 bzw. den US-Patentschriften
38 08 250, 39 75 428 und 40 16 143 beschrieben ist.
Man erhält auf diese Weise höhermolekulare Verbindungen
mit endständigen aromatischen Aminogruppen.
Durch Umsetzung von NCO-Präpolymeren mit Hydroxylgruppen aufweisenden Enaminen, Aldiminen oder Ketiminen und anschließende Hydrolyse erhält man gemäß DE-Offenlegungsschrift 25 46 536 bzw. US-Patentschrift 38 65 791 höhermolekulare, endständige Aminogruppen aufweisende Verbindungen. Weitere Herstellungsverfahren für höhermolekulare Verbindungen mit endständigen Aminogruppen oder Hydrazidgruppen werden in der DE-Offenlegungsschrift 16 94 152 (US-Patentschrift 36 25 871) beschrieben. - i) Erfindungsgemäß können gegebenenfalls auch Polyhydroxylverbindungen eingesetzt werden, in welchen hochmolekulare Polyaddukte bzw. Polykondensate oder Polymerisate in feindisperser oder gelöster Form enthalten sind. Derartige Polyhydroxylverbindungen werden z. B. erhalten, wenn man Polyadditionsreaktionen (z. B. Umsetzungen zwischen Polyisocyanaten und aminofunktionellen Verbindungen) bzw. Polykondensationsreaktionen (z. B. zwischen Formaldehyd und Phenolen und/oder Aminen) in situ in den oben genannten, Hydroxylgruppen aufweisenden Verbindungen ablaufen läßt. Derartige Verfahren sind beispielsweise in den DE-Auslegeschriften 11 68 075 und 12 60 142, sowie den DE-Offenlegungsschriften 23 24 134, 24 23 984, 25 12 385, 25 13 815, 25 50 796, 25 50 797, 25 50 833, 25 50 862, 26 33 293 und 26 39 254 beschrieben. Es ist aber auch möglich, gemäß US-Patentschrift 38 69 413 bzw. DE-Offenlegungsschrift 25 50 860 eine fertige wäßrige Polymerdispersion mit einer Polyhydroxylverbindung zu vermischen und anschließend aus dem Gemisch das Wasser zu entfernen.
Auch durch Vinylpolymerisate modifizierte Polyhydroxylverbindungen,
wie sie z. B. durch Polymerisation
von Styrol und Acrylnitril in Gegenwart von
Polyethern (US-Patentschriften 33 83 351,
33 04 273, 35 23 093, 31 10 695; DE-Auslegeschrift
11 52 563) oder Polycarbonatpolyolen (DE-Patentschrift
17 69 795; US-Patentschrift 36 37 909) erhalten
werden, sind für das erfindungsgemäße Verfahren
geeignet. Bei Verwendung von Polyetherpolyolen,
welche gemäß den DE-Offenlegungsschriften
24 42 101, 26 44 922 und 26 46 141 durch Pfropfpolymerisation
mit Vinylphosphonsäureestern sowie
gegebenenfalls (Meth)acrylnitril, (Meth)acrylamid
oder OH-funktionellen (Meth)acrylsäureestern modifiziert
wurden, erhält man Kunststoffe von besonderer
Flammwidrigkeit. Polyhydroxylverbindungen,
in welche durch radikalische Pfropfpolymerisation
mittels ungesättigter Carbonsäuren sowie gegebenenfalls
weiterer olefinisch ungesättigter Monomerer
Carboxylgruppen eingeführt werden (DE-Offenlegungsschriften
27 14 291, 27 39 620 und 26 54 746) können
mit besonderem Vorteil in Kombination mit mineralischen
Füllstoffen eingesetzt werden.
Bei der Verwendung von modifizierten Polyhydroxylverbindungen
der oben genannten Art als Ausgangskomponente
im Polyisocyanat-Polyadditionsverfahren
entstehen in vielen Fällen Polyurethankunststoffe
mit wesentlich verbesserten mechanischen Eigenschaften.
Vertreter der genannten erfindungsgemäß zu verwendenden
Verbindungen sind z. B. in High Polymers,
Vol. XVI, "Polyurethanes, Chemistry and Technology",
verfaßt von Saunders-Frisch, Interscience Publishers,
New York, London, Band I, 1962, Seiten 32-42
und Seiten 44-54 und Band II, 1964, Seiten 5-6 und
198-199, sowie im Kunststoff-Handbuch, Band VII,
Vieweg-Höchtlen, Carl-Hanser-Verlag, München, 1966,
z. B. auf den Seiten 45-71, beschrieben. Selbstverständlich
können Mischungen der obengenannten Verbindungen
mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten
reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit einem Molekulargewicht
von 400-10 000, z. B. Mischungen von
Polyethern und Polyestern, eingesetzt werden.
Von besonderem Vorteil ist es dabei in manchen Fällen,
niedrigschmelzende und hochschmelzende Polyhydroxylverbindungen
miteinander zu kombinieren (DE-Offenlegungsschrift
27 06 297).
II. Gegebenenfalls als niedermolekulare Kettenverlängerer:
Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen und einem Molekulargewicht von 32 bis 400. Auch in diesem Fall versteht man hierunter Hydroxylgruppen und/oder Aminogruppen und/oder Thiolgruppen und/oder Carboxylgruppen aufweisende Verbindungen, vorzugsweise Hydroxylgruppen und/oder Aminogruppen aufweisende Verbindungen, die als Kettenverlängerungsmittel oder Vernetzungsmittel dienen. Diese Verbindungen weisen in der Regel 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4, gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige Wasserstoffatome auf.
Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen und einem Molekulargewicht von 32 bis 400. Auch in diesem Fall versteht man hierunter Hydroxylgruppen und/oder Aminogruppen und/oder Thiolgruppen und/oder Carboxylgruppen aufweisende Verbindungen, vorzugsweise Hydroxylgruppen und/oder Aminogruppen aufweisende Verbindungen, die als Kettenverlängerungsmittel oder Vernetzungsmittel dienen. Diese Verbindungen weisen in der Regel 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4, gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige Wasserstoffatome auf.
Auch in diesem Fall können Mischungen von verschiedenen
Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber
Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit
einem Molekulargewicht von 32 bis 400 verwendet
werden.
Als Beispiele für derartige Verbindungen seien genannt:
Ethylenglykol, Propylenglykol-(1,2) und -(1,3), Butylenglykol-(1,4) und -(2,3), Pentandiol-(1,5), Hexandiol-(1,6), Octandiol-(1,8), Neopentylglykol, 1,4-Bis-hydroxymethyl-cyclohexan, 2-Methyl-1,3-propandiol, Dibrombutendiol (US-Patentschrift 37 23 392), Glycerin, Trimethylolpropan, Hexantriol-(1,2,6), Trimethylolethan, Pentaerythrit, Chinit, Mannit und Sorbit, Ricinusöl, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, höhere Polyethylenglykole mit einem Molekulargewicht bis 400, Dipropylenglykol, höhere Polypropylenglykole mit einem Molekulargewicht bis 400, Dibutylenglykol, höhere Polybutylenglykole mit einem Molekulargewicht bis 400, 4,4'-Dihydroxy-diphenylpropan, Di hydroxymethyl-hydrochinon, Ethanolamin, Diethanolamin, N-Methyldietanolamin, Triethanolamin und 3-Aminopropanol.
Als niedermolekulare Polyole kommen erfindungsgemäß auch die Gemische von Hydroxyaldehyden und Hydroxyketonen ("Formose") bzw. die hieraus durch Reduktion erhaltenen mehrwertigen Alkohole ("Formit") in Frage, wie sie bei der Selbstkondensation von Formaldehydhydrat in Gegenwart von Metallverbindungen als Katalysator und von zur Endiolbildung befähigten Verbindungen als Co-Katalysator entstehen (DE-Offenlegungsschriften 26 39 084, 27 14 084, 27 14 104, 27 21 186, 27 38 154 und 27 38 512). Um Kunststoffe mit verbesserter Flammwidrigkeit zu erhalten, setzt man diese Formosen mit Vorteil in Kombination mit Aminoplastbildnern und/oder Phosphiten ein (DE-Offenlegungsschriften 27 38 513 und 27 38 532). Auch Lösungen von Polyisocyanatpolyadditionsprodukten, insbesondere von ionische Gruppen aufweisenden Polyurethanharnstoffen und/oder von Polyhydrazodicarbonamiden, in niedermolekularen, mehrwertigen Alkoholen kommen erfindungsgemäß als Polyolkomponente in Betracht (DE-Offenlegungsschrift 26 38 759).
Ethylenglykol, Propylenglykol-(1,2) und -(1,3), Butylenglykol-(1,4) und -(2,3), Pentandiol-(1,5), Hexandiol-(1,6), Octandiol-(1,8), Neopentylglykol, 1,4-Bis-hydroxymethyl-cyclohexan, 2-Methyl-1,3-propandiol, Dibrombutendiol (US-Patentschrift 37 23 392), Glycerin, Trimethylolpropan, Hexantriol-(1,2,6), Trimethylolethan, Pentaerythrit, Chinit, Mannit und Sorbit, Ricinusöl, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, höhere Polyethylenglykole mit einem Molekulargewicht bis 400, Dipropylenglykol, höhere Polypropylenglykole mit einem Molekulargewicht bis 400, Dibutylenglykol, höhere Polybutylenglykole mit einem Molekulargewicht bis 400, 4,4'-Dihydroxy-diphenylpropan, Di hydroxymethyl-hydrochinon, Ethanolamin, Diethanolamin, N-Methyldietanolamin, Triethanolamin und 3-Aminopropanol.
Als niedermolekulare Polyole kommen erfindungsgemäß auch die Gemische von Hydroxyaldehyden und Hydroxyketonen ("Formose") bzw. die hieraus durch Reduktion erhaltenen mehrwertigen Alkohole ("Formit") in Frage, wie sie bei der Selbstkondensation von Formaldehydhydrat in Gegenwart von Metallverbindungen als Katalysator und von zur Endiolbildung befähigten Verbindungen als Co-Katalysator entstehen (DE-Offenlegungsschriften 26 39 084, 27 14 084, 27 14 104, 27 21 186, 27 38 154 und 27 38 512). Um Kunststoffe mit verbesserter Flammwidrigkeit zu erhalten, setzt man diese Formosen mit Vorteil in Kombination mit Aminoplastbildnern und/oder Phosphiten ein (DE-Offenlegungsschriften 27 38 513 und 27 38 532). Auch Lösungen von Polyisocyanatpolyadditionsprodukten, insbesondere von ionische Gruppen aufweisenden Polyurethanharnstoffen und/oder von Polyhydrazodicarbonamiden, in niedermolekularen, mehrwertigen Alkoholen kommen erfindungsgemäß als Polyolkomponente in Betracht (DE-Offenlegungsschrift 26 38 759).
Erfindungsgemäß geeignete aliphatische Diamine sind
beispielsweise Ethylendiamin, 1,4-Tetramethylendiamin,
1,11-Undecamethylendiamin, 1,12-Dodecamethylendiamin
sowie deren Gemische, 1-Amino-3,3,5-Trimethyl-5-aminomethylcyclohexan
("Isophorondiamin"),
2,4- und 2,6-Hexahydrotoluylendiamin sowie
deren Gemische, Perhydro-2,4′-diaminodiphenylmethan,
p-Xylylendiamin, Bis-(3-aminopropyl)-methylamin,
Diamino-perhydroanthrazene (DE-Offenlegungsschrift
26 38 731) und cycloaliphatische
Triamine gemäß DE-Offenlegungsschrift 26 14 244.
Auch Hydrazin und substituierte Hydrazine, z. B.
Methylhydrazin, N,N′-Dimethylhydrazin und deren Homologe
sowie Säuredihydrazide kommen erfindungsgemäß
in Betracht, z. B Carbodihydrazid, Oxalsäuredihydrazid,
die Dihydrazide von Malonsäure, Bernsteinsäure,
Glutarsäure, Adipinsäure, β-Methyladipinsäure,
Sebazinsäure, Hydracrylsäure und Terephthalsäure;
Semicarbazido-alkylen-hydrazide wie z. B.
β-Semicarbazido-propionsäurehydrazid (DE-Offenlegungsschrift
17 70 591), Semicarbazido-alkylencarbazinester
wie z. B. 2-Semicarbazidoethyl-carbazinester
(DE-Offenlegungsschrift 19 18 504) oder
auch Amino-semicarbazid-Verbindungen wie z. B.
b-Aminoethyl-semicarbazido-carbonat (DE-Offenlegungsschrift
19 02 931). Zur Steuerung ihrer Reaktivität
können die Aminogruppen ganz oder teilweise
durch Aldimin- bzw. Ketimin-Gruppen blockiert sein
(US-Patentschrift 37 34 894; DE-Offenlegungsschrift
26 37 115).
Als Beispiele für aromatische Diamine seien Bisanthranilsäureester
gemäß den DE-Offenlegungsschriften
20 40 644 und 21 60 590, 3,5- und 2,4-Diaminobenzoesäureester
gemäß DE-Offenlegungsschrift
20 25 900, die in den DE-Offenlegungsschriften
18 03 635 (US-Patentschriften 36 81 290 und
37 36 350), 20 40 650 und 21 60 589 beschriebenen
estergruppenhaltigen Diamine, die Ethergruppen
aufweisenden Diamine gemäß DE-Offenlegungsschriften
17 70 525 und 18 09 172 (US-Patentschriften
36 45 364 und 37 36 295), gegebenenfalls in 5-Stellung
substituierte 2-Halogen-1,3-Phenylendiamine
(DE-Offenlegungsschriften 20 01 772,
20 25 896), 3,3′-Dichlor-4,4′-diamino-diphenylmethan,
Toluylendiamin, 4,4′-Diaminodiphenylmethan,
4,4′-Diaminodiphenyldisulfide (DE-Offenlegungsschrift
24 04 976) Diaminodiphenyldithioether (DE-Offenlegungsschrift
25 09 404), durch Alkylthiogruppen
substituierte aromatische Diamine (DE-Offenlegungsschrift
26 38 760), Diaminobenzolphosphonsäureester
(DE-Offenlegungsschrift 24 59 491),
Sulfonat- oder Carboxylatgruppen enthaltende aromatische
Diamine (DE-Offenlegungsschrift 27 20 166)
sowie die in der DE-Offenlegungsschrift 26 35 400
aufgeführten hochschmelzenden Diamine genannt. Beispiele
für aliphatisch-aromatische Diamine sind die
Aminoalkylthioaniline gemäß DE-Offenbarungsschrift
27 34 574.
Als Kettenverlängerungsmittel können erfindungsgemäß
auch Verbindungen wie 1-Mercapto-3-aminopropan,
gegebenenfalls substituierte Aminosäuren, z. B.
Glycerin, Alanin, Valin, Serin und Lysin sowie gegebenenfalls
substituierte Dicarbonsäuren, beispielsweise
Bernsteinsäure, Adipinsäure, Phthalsäure,
4-Hydroxyphthalsäure und 4-Aminophthalsäure verwendet
werden.
Ferner können gegenüber Isocyanaten monofunktionelle
Verbindungen in Anteilen von 0,01 bis 10 Gew.-%,
bezogen auf Polyurethanfeststoff, als sogenannte
Kettenabbrecher mitverwendet werden. Derartige monofunktionelle
Verbindungen sind z. B. Monoamine
wie Butyl- und Dibutylamin, Octylamin, Stearylamin,
N-Methylstearylamin, Pyrrolidin, Piperidin und
Cyclohexylamin, Monoalkohole wie Butanol, 2-Ethylhexanol,
Octanol, Dodecanol, die verschiedenen
Amylalkohole, Cyclohexanol, Ethylenglykolmonoethylether.
Als weitere erfindungsgemäß geeignete niedermolekulare
Polyole vom Molekulargewicht bis 400 Esterdiole
der allgemeinen Formeln
HO-(CH₂) x -CO-O-(CH₂) y -OH
und
HO-(CH₂) x -O-CO-R-CO-O-(CH₂) x -OH
in denen
Reinen Alkylenrest mit 1-10, vorzugsweise 2-6,
C-Atomen bzw. einen Cycloalkylen- oder Arylenrest
mit 6-10 C-Atomen,
X= 2-6 und
Y= 3-5
bedeuten,
z. B. δ-Hydroxybutyl-ε-hydroxy-capronsäureester,
ω-hydroxyhexyl-γ-hydroxybuttersäureester, Adipin
säure-bis-(β-hydroxyethyl)ester und Terephthal
säure-bis-(b-hydroxyethyl)ester;
Diolurethane der allgemeinen Formel
Diolurethane der allgemeinen Formel
HO-(CH₂) x -O-CO-NH-R′-NH-CO-O-(CH₂) x -OH
in der
R′einen Alkylrest mit 2-15, vorzugsweise 2-6,
C-Atomen oder einen Cycloalkylen- oder Arylenrest
mit 6-15 C-Atomen und
xeine Zahl zwischen 2 und 6
darstellen,
z. B. 1,6-Hexamethylen-bis-(β-hydroxyethylurethan) oder 4,4′-Diphenylmethan-bis-(δ-hydroxybutylurethan); sowie Diolharnstoffe der allgemeinen Formel
z. B. 1,6-Hexamethylen-bis-(β-hydroxyethylurethan) oder 4,4′-Diphenylmethan-bis-(δ-hydroxybutylurethan); sowie Diolharnstoffe der allgemeinen Formel
in der
R′′einen Alkylenrest mit 2-15, vorzugsweise 2-9,
C-Atomen oder einen Cycloalkylen- oder Arylenrest
mit 6-15 C-Atomen,
R′′′Wasserstoff oder eine Methylgruppe und
xdie Zahlen 2 oder 3
bedeuten,
z. B. 4,4′-Diphenylmethan-bis-(β-hydroxyethylharnstoff) oder die Verbindung
z. B. 4,4′-Diphenylmethan-bis-(β-hydroxyethylharnstoff) oder die Verbindung
Für manche Zwecke ist es vorteilhaft, Polyole einzusetzen,
welche Sulfonat- und/oder Phosphonatgruppen
enthalten (DE-Offenlegungsschrift 27 19 372),
vorzugsweise das Addukt von Bisulfit an Butandiol-1,4
bzw. dessen Alkoxylierungsprodukte.
III. Als Di- und/oder Polyisocyanate:
Aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und heterocyclische Polyisocyanate, wie sie z. B. von W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, Seiten 75 bis 136, beschrieben werden, beispielsweise solche der Formel
Aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und heterocyclische Polyisocyanate, wie sie z. B. von W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, Seiten 75 bis 136, beschrieben werden, beispielsweise solche der Formel
Q(NCO) n
in der
n = 2-4, vorzugsweise 2,
und
Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2-18, vorzugsweise 6-10 C-Atomen,
einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4-15, vorzugsweise 5-10 C-Atomen,
einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6-15, vorzugsweise 6-13 C-Atomen
oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8-15, vorzugsweise 8-13 C-Atomen,
bedeuten, z. B. Ethylendiisocyanat, 1,4-Tetramethylendiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,12-Dodecandiisocyanat, Cyclobutan-1,3-diisocyanat, Cyclohexan-1,3- und -1,4-diisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, 1-Isocyanato- 3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (DE-Auslegeschrift 12 02 785, US-Patentschrift 34 01 190), 2,4- und 2,6-Hexahydrotoluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Hexahydro-1,3- und/oder -1,4-phenylendiisocyanat, Perhydro-2,4′- und/oder -4,4′-diphenylmethan-diisocyanat, 1,3- und 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Diphenylmethan-2,4′- und/oder -4,4′-diisocyanat, Naphthylen-1,5-diisocyanat.
Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2-18, vorzugsweise 6-10 C-Atomen,
einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4-15, vorzugsweise 5-10 C-Atomen,
einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6-15, vorzugsweise 6-13 C-Atomen
oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8-15, vorzugsweise 8-13 C-Atomen,
bedeuten, z. B. Ethylendiisocyanat, 1,4-Tetramethylendiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,12-Dodecandiisocyanat, Cyclobutan-1,3-diisocyanat, Cyclohexan-1,3- und -1,4-diisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, 1-Isocyanato- 3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (DE-Auslegeschrift 12 02 785, US-Patentschrift 34 01 190), 2,4- und 2,6-Hexahydrotoluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Hexahydro-1,3- und/oder -1,4-phenylendiisocyanat, Perhydro-2,4′- und/oder -4,4′-diphenylmethan-diisocyanat, 1,3- und 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Diphenylmethan-2,4′- und/oder -4,4′-diisocyanat, Naphthylen-1,5-diisocyanat.
Ferner kommen beispielsweise erfindungsgemäß in
Frage: Triphenylmethan-4,4′′-triisocyanat, Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanate,
wie sie durch
Anilin-Formaldehyd-Kondensation und anschließende
Phosgenierung erhalten und z. B. in den GB-Patentschriften
8 74 430 und 8 48 671 beschrieben werden,
m- und p-Isocyanatophenylsulfonyl-isocyanate gemäß
der US-Patentschrift 34 54 606, perchlorierte Arylpolyisocyanate,
wie sie z. B. in der DE-Auslegeschrift
11 57 601 (US-Patentschrift 32 77 138) beschrieben
werden, Carbodiimidgruppen aufweisende
Polyisocyanate, wie sie in der DE-Patentschrift
10 92 007 (US-Patentschrit 31 52 162) sowie in den
DE-Offenlegungsschriften 25 04 400, 25 37 685 und
25 52 350 beschrieben werden, Norboran-Diisocyanate
gemäß US-Patentschrift 34 92 330, Allophanatgruppen
aufweisende Polyisocyanate, wie sie z. B.
in der GB-Patentschrift 9 94 890, der BE-Patentschrift
7 61 626 und der NL-Patentanmeldung 71 02 524
beschrieben werden, Isocyanuratgruppen aufweisende
Polyisocyanate, wie sie z. B. in der US-Patentschrift
30 01 973, in den DE-Patentschriften
10 22 789, 12 22 067 und 10 27 394 sowie in den DE-Offenlegungsschriften
19 29 034 und 20 04 048 beschrieben
werden, Urethangruppen aufweisende Polyisocyanate,
wie sie z. B. in der BE-Patentschrift
7 52 261 oder in den US-Patentschriften 33 94 164
und 36 44 457 beschrieben werden, acylierte Harnstoffgruppen
aufweisende Polyisocyanate gemäß der
DE-Patentschrift 12 30 778, Biuretgruppen aufweisende
Polyisocyanate, wie sie z. B. in den US-Patentschriften
31 24 605, 32 01 372 und 31 24 605
sowie in der GB-Patentschrift 8 89 050 beschrieben
werden, durch Telomerisatinsreaktionen hergestellte
Polyisocyanate, wie sie z. B. in der US-Patentschrift
36 54 106 beschrieben werden, Estergruppen
aufweisende Polyisocyanate, wie sie z. B. in den
GB-Patentschriften 9 65 474 und 10 72 956, in der
US-Patentschrift 35 67 763 und in der DE-Patentschrift
12 31 688 genannt werden, Umsetzungsprodukte
der obengenannten Isocyanate mit Acetalen gemäß
der DE-Patentschrift 10 72 385 und polymere Fettsäureester
enthaltende Polyisocyanate gemäß der US-Patentschrift
34 55 883.
Es ist auch möglich, die bei der technischen Isocyanatherstellung
anfallenden, Isocyanatgruppen aufweisenden
Destillationsrückstände, gegebenenfalls
gelöst in einem oder mehreren der vorgenannten Polyisocyanate,
einzusetzen. Ferner ist es möglich,
beliebige Mischungen der vorgenannten Polyisocyanate
zu verwenden.
Bevorzugt werden in der Regel die technisch leicht
zugänglichen Polyisocyanate, z. B. das 2,4- und
2,6-Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische
dieser Isomeren ("TDI"), Polyphenyl-polymethylenpolyisocyanate,
wie sie durch Anilin-Formaldehyd-Kondensation
und anschließende Phosgenierung hergestellt
werden ("rohes MDI") und Carbodiimidgruppen,
Urethangruppen, Allophanatgruppen, Isocyanuratgruppen,
Harnstoffgruppen oder Biuretgruppen
aufweisenden Polyisocyanate ("modifizierte
Polyisocyanate"), insbesondere solche modifizierten
Polyisocyanate, die sich vom 2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat
bzw. vom 4,4′- und/oder 2,4′-Diphenylmethandiisocyanat
ableiten.
Besonders bevorzugt werden Naphthalin-1,5-diisocyanat,
4,4′-Diphenylmethan-diisocyanat und Toluylendiisocyanat
(80% 2,4- und 20% 2,6-Isomeres).
IV. Gegebenenfalls als Hilfs- und Zusatzmittel:
- a) Wasser und/oder leicht flüssige anorganische oder organische Substanzen als Treibmittel. Als organische Treibmittel kommen z. B. Aceton, Ethylacetat, halogensubstituierte Alkane wie Methylenchlorid, Chloroform, Ethylidenchlorid, Vinylidenchlorid, Monofluortrichlormethan, Chlordifluormethan, Dichlordifluormethan, ferner Butan, Hexan, Heptan oder Diethylether, als anorganische Treibmittel z. B. Luft, CO₂ oder N₂O in Frage. Eine Treibwirkung kann auch durch Zusatz von bei Temperaturen über Raumtemperatur unter Abspaltung von Gasen, beispielsweise von Stickstoff, sich zersetzenden Verbindungen, z. B. Azoverbindungen wie Azodicarbonamid oder Azoisobuttersäurenitril, erzielt werden. Weitere Beispiele für Treibmittel sowie Einzelheiten über die Verwendung von Treibmitteln sind im Kunststoff-Handbuch, Band VII, herausgegeben von Vieweg und Höchtlen, Carl-Hanser-Verlag, München 1966, z. B. auf den Seiten 108 und 109, 453 bis 455 und 507 bis 510 beschrieben.
- b) Katalysatoren der an sich bekannten Art, z. B. tertiäre
Amine, wie Triethylamin, Tributylamin, N-Methyl-morpholin,
N-Ethyl-morpholin, N,N,N′,N′-Tetramethyl-ethylendiamin,
Pentamethyl-Diethylentriamin
und höhere Homologe (DE-Offenlegungsschriften
26 24 527 und 26 24 528), 1,4-Diaza-bicyclo-(2,2,2)-octan,
N-Methyl-N′-dimethylaminoethylpiperazin,
Bis-(dimethylaminoalkyl)-piperazine (DE-Offenlegungsschrift
26 36 787), N,N-Dimethylbenzylamin,
N,N-Dimethylcyclohexylamin, N,N-Diethylbenzylamin,
Bis-(N,N-diethylaminoethyl)-adipat, N,N,N′,N′-Tetramethyl-1,3-butandiamin,
N,N-Dimethyl-β-phenylethylamin,
1,2-Dimethylimidazol, 2-Methylimidazol,
monocyclische und bicyclische Amidine (DE-Offenlegungsschrift
17 20 633), Bis-(dialkylamino)alkylether
(US-Patentschrift 33 30 782, DE-Auslegeschrift
10 30 558, DE-Offenlegungsschriften
18 04 361 und 26 18 280) sowie Amidgruppen (vorzugsweise
Formamidgruppen) aufweisende tertiäre
Amine gemäß den DE-Offenlegungsschriften 25 23 633
und 27 32 292). Als Katalysatoren kommen auch an
sich bekannte Mannichbasen aus sekundären Aminen,
wie Dimethylamin, und Aldehyden, vorzugsweise Formaldehyd,
oder Ketonen wie Aceton, Methylethylketon
oder Cyclohexanon und Phenolen, wie Phenol, Nonylphenol
oder Bisphenol, in Frage.
Gegenüber Isocyanatgruppen aktive Wasserstoffatome aufweisende tertiäre Amine als Katalysator sind z. B. Triethanolamin, Triisopropanolamin, N-Methyl-diethanolamin, N-Ethyl-diethanolamin, N,N-Dimethylethanolamin, deren Umsetzungsprodukte mit Alkylenoxiden wie Propylenoxid und/oder Ethylenoxid sowie sekundär-tertiäre Amine gemäß DE-Offenlegungsschrift 27 32 292.
Als Katalysatoren kommen ferner Silaamine mit Kohlenstoff-Silizium-Bindungen, wie sie z. B. in der DE-Patentschrift 12 29 290 (entsprechend der US-Patentschrift 36 20 984) beschrieben sind, in Frage, z. B. 2,2,4-Trimethyl-2-silamorpholin und 1,3-Di ethylaminomethyl-tetramethyl-disiloxan.
Als Katalysatoren kommen auch stickstoffhaltige Basen wie Tetraalkylammoniumhydroxide, ferner Alkalihydroxide wie Natriumhydroxid, Alkaliphenolate wie Natriumphenolat oder Alkalialkoholate wie Natriummethylat in Betracht. Auch Hexahydrotriazine können als Katalysatoren eingesetzt werden (DE-Offenlegungsschrift 17 69 043).
Die Reaktion zwischen NCO-Gruppen und Zerewitinoff-aktiven Wasserstoffatomen wird auch durch Lactame und Azalactame stark beschleunigt, wobei sich zunächst ein Assoziat zwischen dem Lactam und der Verbindung mit acidem Wasserstoff ausbildet. Derartige Assoziate und ihre katalytische Wirkung werden in den DE-Offenlegungsschriften 20 62 289, 21 17 576 (US-Patentschrift 37 58 444), 21 29 198, 23 30 175 und 23 30 211 beschrieben.
Erfindungsgemäß können auch organische Metallverbindungen, insbesondere organische Zinnverbindungen, als Katalysatoren verwendet werden. Als organische Zinnverbindungen kommen neben schwefelhaltigen Verbindungen wie Di-n-octyl-zinn-mercaptid (DE-Auslegeschrift 17 69 367; US-Patentschrift 36 45 927) vorzugsweise Zinn(II)-salze von Carbonsäuren wie Zinn(II)-acetat, Zinn(II)-octoat, Zinn(II)-ethylhexoat und Zinn(II)-laurat und die Zinn(IV)-Verbindungen, z. B. Dibutylzinnoxid, Dibutylzinndichlorid, Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinnmaleat oder Dioctylzinndiacetat in Betracht.
Selbstverständlich können alle obengenannten Katalysatoren als Gemische eingesetzt werden. Von besonderem Interesse sind dabei Kombinationen aus organischen Metallverbindungen und Amidinen, Aminopyridinen oder Hydrazinopyridinen (DE-Offenlegungsschriften 24 34 185, 26 01 082 und 26 03 834).
Weitere Vertreter von erfindungsgemäß zu verwendenden Katalysatoren sowie Einzelheiten über die Wirkungsweise der Katalysatoren sind im Kunststoff-Handbuch, Band VII, herausgegeben von Vieweg und Höchtlen, Carl-Hanser-Verlag, München 1966, z. B. auf den Seiten 96 bis 102 beschrieben.
Die Katalysatoren werden in der Regel in einer Menge zwischen etwa 0,001 und 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, eingesetzt. - c) Oberflächenaktive Zusatzstoffe, wie Emulgatoren und
Schaumstabilisatoren. Als Emulgatoren kommen z. B.
die Natriumsalze von Ricinusöl-sulfonaten oder Salze
von Fettsäuren mit Aminen wie ölsaures Dieethylamin
oder stearinsaures Diethanolamin in Frage.
Auch Alkali- oder Ammoniumsalze von Sulfonsäuren
wie etwa von Dodecylbenzolsulfonsäuren oder Dinaphtylmethandisulfonsäure
oder von Fettsäuren wie Ricinolsäure
oder von polymeren Fettsäuren können als
oberflächenaktive Zusatzstoffe mitverwendet werden.
Als Schaumstabilisatoren kommen vor allem Polyethersiloxane, speziell wasserlösliche Vertreter, in Frage. Diese Verbindungen sind im allgemeinen so aufgebaut, daß ein Copolymerisat aus Ethylenoxid und Propylenoxid mit einem Polydimethylsiloxanrest verbunden ist. Derartige Schaumstabilisatoren sind z. B. in den US-Patentschriften 28 34 748, 29 17 480 und 36 29 308 beschrieben. Von besonderem Interesse sind vielfach über Allophanatgruppen verzweigte Polysiloxan-Polyoxyalkylen-Copolymere gemäß DE-Offenlegungsschrift 25 58 523. - d) Reaktionsverzögerer, z. B. sauer reagierende Stoffe
wie Salzsäure oder organische Säurehalogenide, ferner
Zellregler der an sich bekannten Art wie Paraffine
oder Fettalkohole oder Dimethylpolysiloxane
sowie Pigmente oder Farbstoffe und Flammschutzmittel
der an sich bekannten Art, z. B. Tris-chlorethylphosphat,
Trikresylphosphat oder Ammoniumphosphat
und -polyphosphat, ferner Stabilisatoren gegen
Alterungs- und Witterungseinflüsse, Weichmacher und
fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen
sowie Füllstoffe wie Bariumsulfat, Kieselgur,
Ruß oder Schlämmkreide.
Weitere Beispiele von gegebenenfalls erfindungsgemäß mitzuverwendenden oberflächenaktiven Zusatzstoffen und Schaumstabilisatoren sowie Zellreglern, Reaktionsverzögerern, Stabilisatoren, flammhemmenden Substanzen, Weichmachern, Farbstoffen und Füllstoffen sowie fungistatisch und bakteriostatisch wirksamen Substanzen sowie Einzelheiten über Verwendungs- und Wirkungsweise dieser Zusatzmittel sind im Kunststoff-Handbuch, Band VII, herausgegeben von Vieweg und Höchtlen, Carl-Hanser-Verlag, München 1966, z. B. auf den Seiten 103 bis 113 beschrieben.
Zur Herstellung der Polyurethan-Kunststoffe werden die
Reaktionskomponenten nach dem an sich bekannten Einstufenverfahren,
dem Prepolymerverfahren oder dem Semiprepolymerverfahren,
zur Umsetzung gebracht, wobei man sich
oft maschineller Einrichtungen bedient, z. B. solcher,
die in der US-Patentschrift 27 64 565 beschrieben werden.
Einzelheiten über Verarbeitungseinrichtungen, die
auch erfindungsgemäß in Frage kommen, werden im Kunststoff-Handbuch,
Band VII, herausgegeben von Vieweg und
Höchtlen, Carl-Hanser-Verlag, München, 1966, z. B. auf
den Seiten 121 bis 205 beschrieben.
Bei der Schaumstoffherstellung kann erfindungsgemäß die
Verschäumung auch in geschlossenen Formen durchgeführt
werden. Dabei wird das Reaktionsgemisch in eine Form
eingetragen. Als Formmaterial kommt Metall, z. B. Aluminium,
oder Kunststoff, z. B. Epoxidharz, in Frage. In
der Form schäumt das schaumfähige Reaktionsgemisch auf
und bildet den Formkörper. Die Formverschäumung kann dabei
so durchgeführt werden, daß das Formteil an seiner
Oberfläche Zellstruktur aufweist, sie kann aber auch so
durchgeführt werden, daß das Formteil eine kompakte Haut
und einen zelligen Kern aufweist. Erfindungsgemäß kann
man in diesem Zusammenhang so vorgehen, daß man in die
Form so viel schäumfähiges Reaktionsgemisch einträgt,
daß der gebildete Schaumstoff die Form gerade ausfüllt.
Man kann aber auch so arbeiten, daß man mehr schäumfähiges
Reaktionsgemisch in die Form einträgt, als zur
Ausfüllung des Forminneren mit Schaumstoff notwendig
ist. Im letztgenannten Fall wird somit unter "overcharging"
gearbeitet; eine derartige Verfahrensweise ist
z. B. aus den US-Patentschriften 31 78 490 und 31 82 104
bekannt.
Bei der Formverschäumung werden vielfach an sich bekannte
"äußere Trennmittel", wie Siliconöle, mitverwendet.
Man kann aber auch sogenannte "innere Trennmittel", gegebenenfalls
im Gemisch mit äußeren Trennmitteln, verwenden,
wie sie z. B. aus den DE-Offenlegungsschriften
21 21 670 und 23 07 589 bekanntgeworden sind.
Erfindungsgemäß lassen sich auch kalthärtende Schaumstoffe
herstellen (bgl. GB-Patentschrift 11 62 517,
DE-Offenlegungsschrift 21 53 086).
Selbstverständlich können aber auch Schaumstoffe durch
Blockverschäumung oder nach dem an sich bekannten Doppeltransportbandverfahren
hergestellt werden.
Die nach der Erfindung erhältlichen Produkte finden z. B.
folgende Anwendung:
Walzenbeläge, vor allem in der Druckindustrie, Hydrozyklone,
Rohrauskleidungen, Verschleißschutz in wäßrigen
Medien.
In einem 100-l-Rührwerksbehälter aus V4A-Stahl mit geregelter
Dampf-Mantelheizung, Kolonne und Aceotropabscheider
wurden 70,8 kg (600 Mol) Hexandiol-1,6, 0,5 kg
Schwefelsäure und 3,5 l Toluol zum Sieden erhitzt. Ab
160°C Sumpftemperatur begann im Destillat die Ausscheidung
von Wasser. Durch Einstellen der Toluolmenge wurde
die Sumpftemperatur konstant auf 170°C gehalten. Im Verlauf
von 11 h wurden 6,41 kg (365 Mol) Kondensationswasser
erhalten. Dann wurde auf 90°C abgekühlt und mit
5 l Wasser 3 h lang verrührt. Nach Neutralisation mit
20%iger Natronlauge auf pH 7 wurden im Vakuum bis zu
einer Temperatur von 130°C (15 mbar) alle flüchtigen Bestandteile
abdestilliert. Danach wurde durch Druckfiltration
Natriumsulfat abgetrennt. Man erhielt eine bei
Raumtemperatur langsam erstarrende ölige, gelbliche
Flüssigkeit mit einer OH-Zahl von 424,4, entsprechend
einem Molekulargewicht von 264,4 und einem Ethergruppengehalt
von 1,969 Mol pro Produkt. Ausbeute 62,8 kg
(96,8% d. Th.).
Ein Anteil von 8 kg wurde der fraktionierten Destillation
bei 0,5 mbar unterworfen und ergab: 1,45 kg Hexandiol
(18,13%), 3,18 kg Dihydroxy-dihexylether (39,8%)
und 3,37 kg Oligoether.
In einem 6-l-Vierhalskolben mit Rührer, Kontaktthermometer,
Kolonne und Wasserabscheider wurden 1770 g
(15 Mol) Hexandiol-1,6 und 2400 g (15 Mol) Nonandiol-1,9
zusammen mit 12 g Naphthalin-1,5-disulfonsäure und
Toluol (wiedergewonnen aus Beispiel I mit einem Gehalt
von etwa 20% Oxepan) erhitzt. Durch Zugabe oder Abnahme
von Lösungsmittel wurde die Temperatur im Verlauf von
12 h unter dauerndem Sieden auf 175-177°C gehalten. Dabei
wurden 252 g (14 Mol) Wasser im Abscheider erhalten.
Nach Abkühlen wurde der Kolbeninhalt mit 200 ml Wasser
2 h bei 90°C verrührt und dann durch Einleiten von Ammoniak-gas
neutralisiert. Nach Abdampfen aller flüchtigen
Bestandteile bis 130°C, 12 mbar, wurde das Ammoniumsulfonat
abfiltriert. Es wurde ein helles, niedrigschmelzendes
Wachs der OH-Zahl 452 (Molekulargewicht 248) erhalten.
Ethergruppen-Gehalt: 0,92 Mol pro Mol Produkt.
Ethergruppen-Gehalt: 0,92 Mol pro Mol Produkt.
Analog Beispiel I bzw. II wurden die in der folgenden
Tabelle I zusammengefaßten Ausgangsprodukte im 100-l-Kessel
hergestellt. Als Ausgangsprodukt wurde ausschließlich
Hexandiol-1,6 und als Katalysator jeweils
0,37 Gew.-% Naphthalin-1,5-disulfonsäure eingesetzt. Das
Lösungsmittel Toluol wurde jeweils wieder eingesetzt,
wobei der Anteil an Oxepan jeweils in abnehmendem Maße
anstieg.
Die Produktionsausbeuten betrugen 96,5-98% (je nach MG).
Die Neutralisation erfolgte in allen Fällen mit Ammoniak.
In einem 100-l-Rührwerksbehälter aus V4A-Stahl mit regelbarer
Dampf-Mantelbeheizung, Füllkörperkolonne (2 m
Höhe, 10 cm Durchmesser), auf 50°C beheiztem Kondensator
und Vorlage wurden 55,524 kg (210 Mol) Ether-Vorprodukt I
und 38,52 kg (180 Mol) Diphenylcarbonat mit 1 g Dibutylzinnoxid
als Katalysator bei 15 mbar erhitzt. Ab einer
Sumpftemperatur von 135°C begann Phenol abzudestillieren.
Die Kondensation wurde nun etwa 6 h bei dieser Temperatur
vorangetrieben. In dieser Phase destillierte
etwa die Hälfte der theoretischen Menge Phenol ab. Danach
wurde während weiterer 6 h die Temperatur allmählich
auf 200°C gesteigert und so lange auf dieser Höhe
belassen (2 h), bis kein Phenol mehr abdestillierte
(Menge bis dahin; 32,9 kg = 97,2%). Anschließend wurde
mittels Ölpumpe der Druck auf 2 mbar abgesenkt und in
weiteren 3 h bei 200°C unter Vervollständigung der Kondensation
restliches Phenol abdestilliert.
Man erhielt ein niedrigschmelzendes, schwach verfärbtes
Wachs mit folgenden Daten:
OH-Zahl: 55,8
Molekulargewicht: 2011
Erweichungspunkt: 31°C
Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen: 1 : 0,585
Viskosität: 8440 mPa · s bei 50°C
OH-Zahl: 55,8
Molekulargewicht: 2011
Erweichungspunkt: 31°C
Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen: 1 : 0,585
Viskosität: 8440 mPa · s bei 50°C
Analog Beispiel 1 wurden im 4-l-Vierhalskolben 1809 g
(8,3 Mol) Dihydroxy-dihexylether aus Beispiel I mit
1562 g (7,3 Mol) Diphenylcarbonat kondensiert. Man erhielt
ein fast farbloses Wachs mit folgenden Daten:
OH-Zahl: 56,3
Molekulargewicht: 20000
Erweichungspunkt: 32°C
Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen: 1 : 0,875
OH-Zahl: 56,3
Molekulargewicht: 20000
Erweichungspunkt: 32°C
Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen: 1 : 0,875
Ether- und Carbonatgruppen sind in dem Produkt alternierend
angeordnet. Der Erweichungspunkt ist wegen des regelmäßigen
Aufbaus etwas höher als bei Produkten mit
vergleichbarer aber statistischer Anordnung der Gruppierungen.
Analog Beispiel 1 wurden 2684 kg (10 Mol) Ether-Vorprodukt
aus Beispiel IV und 624 kg (6 Mol) Pentandiol-1,5
mit 2996 g (14 Mol) Diphenylcarbonat kondensiert. Man
erhielt ein Polyether-Polycarbonat mit folgenden Daten:
OH-Zahl: 61,2
Molekulargewicht: 1840
Erweichungspunkt: <21°C (schmalzartig)
Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen: 1 : 0,93
Viskosität: 3400 mPa · s bei 50°C
OH-Zahl: 61,2
Molekulargewicht: 1840
Erweichungspunkt: <21°C (schmalzartig)
Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen: 1 : 0,93
Viskosität: 3400 mPa · s bei 50°C
Analog Beispiel 1 wurden 2480 g (10 Mol) Ether-Vorprodukt
aus Beispiel II mit 1712 g (8 Mol) Diphenylcarbonat
kondensiert. Man erhielt ein Polyether-Polycarbonat
mit folgenden Eigenschaften:
OH-Zahl: 83,5
Molekulargewicht: 1340
Erweichungspunkt: 26°C
Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen: 1 : 0,87
Viskosität: 1200 mPa · s bei 50°C
OH-Zahl: 83,5
Molekulargewicht: 1340
Erweichungspunkt: 26°C
Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen: 1 : 0,87
Viskosität: 1200 mPa · s bei 50°C
Die folgenden Produkte wurden alle im 100 l Kessel analog
Beispiel 1 hergestellt. Variiert wurden das Molekulargewicht
und Verhältnis von Ethergruppen zu Carbonatgruppen.
Zum Einsatz gelangten die Vorprodukte der Beispiele
III bis VIII und Hexandiol-1,6 in Abmischungen
(Ausnahme Beispiel 5). Anstelle der Absolutmengen sind
in der folgenden Tabelle 2 die Molverhältnisse der Reaktionspartner
angegeben:
PU-Elastomeren mit guter Belastbarkeit, Verschleißfestigkeit,
Hydrolysenbeständigkeit und gleichzeitig gutem
Tieftemperaturverhalten wurden unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Polyether-Polycarbonatdiolen und Naphthylen-1,5-diisocyanat
hergestellt.
960 g (0,5 Mol) des in Beispiel 8 beschriebenen Diols
wurden auf ca. 125°C erwärmt, mit 210 g (1,00 Mol) Naphthylen-1,5-diisocyanat
versetzt, sofort intensiv verrührt
und nach 2 Minuten im Vakuum entgast. In einer
exothermen Reaktion entstand nach ca. 15 Minuten ein
NCO-Prepolymer. In dieses Prepolymer wurden als Vernetzer
33 g (0,733 Mol) 1,4-Butandiol eingerührt. Das reagierende
Gemisch wurde innerhalb von 1 Minute in auf
110°C vorgewärmte Formen gegossen und erstarrte darin
nach wenigen Minuten.
Das resultierende Elastomer wurde 24 Stunden bei 110°C
nachgetempert und anschließend 7 Tage bei Raumtemperatur
gelagert.
Es entstand ein Elastomer mit den in Tabelle 3 wiedergegebenen
Eigenschaften.
960 g (0,5 Mol) des in Beispiel 6 beschriebenen Diols
wurden auf ca. 125°C erwärmt, mit 210 g (1,00 Mol)
Naphthylen-1,5-diisocyanat versetzt, sofort intensiv
verrührt und nach 2 Minuten im Vakuum entgast. In einer
exothermen Reaktion entstand nach ca. 15 Minuten ein
NCO-Prepolymer. In dieses Prepolymer wurden als Vernetzer
33 g (0,733 Mol) 1,4-Butandiol eingerührt. Das reagierende
Gemisch wurde innerhalb von 1 Minute in auf
110°C vorgewärmte Formen gegossen und erstarrte darin
nach wenigen Minuten.
Das resultierende Elastomer wurde 24 Stunden bei 110°C
nachgetempert und anschließend 7 Tage bei Raumtemperatur
gelagert.
Es entstand ein Elastomer mit den in Tabelle 3 wiedergegebenen
Eigenschaften.
890 g (0,5 Mol) des in Beispiel 9 beschriebenen Diols
wurden auf ca. 125°C erwärmt, mit 180 g (0,857 Mol)
Naphthylen-1,5-diisocyanat versetzt, sofort intensiv
verrührt und nach 2 Minuten im Vakuum entgast. In einer
exothermen Reaktion entstand nach ca. 15 Minuten ein
NCO-Prepolymer. In dieses Prepolymer wurden als Vernetzer
20 g (0,444 Mol) 1,4-Butandiol eingerührt. Das reagierende
Gemisch wurde innerhalb von 1 Minute in auf
110°C vorgewärmte Formen gegossen und erstarrte darin
nach wenigen Minuten.
Das resultierende Elastomer wurde 24 Stunden bei 110°C
nachgetempert und anschließend 7 Tage bei Raumtemperatur
gelagert.
Es entstand ein Elastomer mit den in Tabelle 3 wiedergegebenen
Eigenschaften.
Die Elastomeren nach Beispielen A-C besitzen eine bemerkenswert
niedrige Glasübergangstemperatur, hohen Weiterreißwiderstand,
extrem geringen Abrieb sowie gute
Dämpfungs- bzw. Modulwerte und eine sehr gute Hydrolysenbeständigkeit.
Quellungsversuche in verschiedenen
Chemikalien (Tabelle 4) zeigen eine insgesamt gute Quellbeständigkeit.
Außer in Aromaten (Toluol, ASTM ÖL III)
ist das Quellverhalten Esterurethanen (Vergleichsbeispiele
α und β) überlegen oder ebenbürtig.
1000 g (0,5 Mol) eines Polyethylenadipatdiols mit einem
mittleren Molgewicht von 2000 wurden auf ca. 125°C erwärmt,
mit 180 g (0,857 Mol) Naphthylen-1,5-diisocyanat
versetzt, sofort intensiv verrührt und nach 2 Minuten
im Vakuum entgast. In einer exothermen Reaktion entstand
nach ca. 15 Minuten ein NCO-Prepolymer. In dieses Prepolymer
wurden als Vernetzer 20 g (0,444 Mol) 1,4-Butandiol
eingerührt. Das reagierende Gemisch wurde innerhalb
von 1 Minute in auf 110°C vorgewärmte Formen gegossen
und erstarrte darin nach wenigen Minuten.
Das resultierende Elastomer wurde 24 Stunden bei 110°C
nachgetempert und anschließend 7 Tage bei Raumtemperatur
gelagert.
Es entstand ein Elastomer mit den in Tabelle 3 wiedergegebenen
Eigenschaften.
1000 g (0,5 Mol) eines hydroxyfunktionellen Polyesters,
hergestellt aus Adipinsäure, 1,6-Hexandiol und Neopentylglykol
mit einem mittleren Molgewicht von 2000,
wurden auf ca. 125°C erwärmt, mit 180°C (0,857 Mol)
Naphthylen-1,5-diisocyanat versetzt, sofort intensiv
verrührt und nach 2 Minuten im Vakuum entgast. In einer
exothermen Reaktion entstand nach ca. 15 Minuten ein
NCO-Prepolymer. In dieses Prepolymer wurden als Vernetzer
20 g (0,444 Mol) 1,4-Butandiol eingerührt. Das reagierende
Gemisch wurde innerhalb von 1 Minute in auf
110°C vorgewärmte Formen gegossen und erstarrte darin
nach wenigen Minuten.
Das resultierende Elastomer wurde 24 Stunden bei 110°C
nachgetempert und anschließend 7 Tage bei Raumtemperatur
gelagert.
Es entstand ein Elastomer mit den in Tabelle 3 wiedergegebenen
Eigenschaften.
Herstellung eines sehr harten Elastomers mit guter Belastbarkeit,
Hydrolysenbeständigkeit und gleichzeitig
gutem Tief- und Hochtemperaturverhalten unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Polyether-Polycarbonatdiolen und
4,4′-Diphenylethandiisocyanat (MDI).
Herstellung eines Präpolymers aus dem in Beispiel 1 beschriebenen
Polyethercarbonatdiol (1000-0,5 Mol) und
MDI (610 g - 2,44 Mol).
Flüssiges MDI wurde bei 70°C vorgelegt das Polyol (40°C)
langsam unter Rühren zugegeben und 3 h nachgerührt. Die
Temperatur stieg nicht über 85°C.
Das fertige Präpolymer wurde anschließend unter Vakuum
bei 85°C entgast.
NCO-Gehalt
theoretisch10% gefunden 9,76%
theoretisch10% gefunden 9,76%
1000 g (2,324 Mol NCO) des oben beschriebenen Präpolymers
D₁ wurden auf ca. 100°C erwärmt und unter Vakuum
entgast. In dieses Präpolymer wurden als Vernetzer
(260 g) 4-Chlor-3,5-diaminobenzoesäureisobutylester bei
90°C eingerührt. Das reagierende Gemisch wurde innerhalb
von 1 Minute in auf 110°C vorgewärmte Formen gegossen
und erstarrte darin nach wenigen Minuten.
Das resultierende Elastomer wurde 24 h bei 110°C nachgetempert
und anschließend 7 Tage bei Raumtemperatur gelagert.
Es entstand ein Elastomer mit den in Tabelle 5
wiedergegebenen Eigenschaften. Das Elastomer besitzt
eine bemerkenswert niedrige Glasübergangstemperatur, hohen
Weiterreißwiderstand, relativ geringen Abrieb sowie
gute Dämpfungs- bzw. Modulwerte. Die Wärmebeständigkeit
und Hydrolysenbeständigkeit sind außerordentlich gut.
Herstellung von Elastomeren mit guter Belastbarkeit,
Verschleißfestigkeit, Hydrolysenbeständigkeit und
gleichzeitig gutem Tieftemperaturverhalten unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Polyether-Polycarbonatdiolen
und Toluenediisocyanat (TDI).
Es wurde aus dem in Beispiel 7 beschriebenen Polyethercarbonatdiol
ein Prepolymer durch Umsetzung mit überschüssigem
TDI (80% 2,4 TDI und 20% 2,6 TDI) hergestellt.
Um den Gehalt an freiem TDI möglichst niedrig
zu halten, wurde das Prepolymer anschließend gedünnschichtet.
Kenndaten
NCO-Gehalt4,30% Viskosität bei 70°C2,250 mPa · s freies TDI0,2%
NCO-Gehalt4,30% Viskosität bei 70°C2,250 mPa · s freies TDI0,2%
1000 g des in Beispiel E₁ beschriebenen Präpolymers
wurden auf ca. 100°C erwärmt und mit (122,5 g) 4-Chlor-3,5-diaminobenzoesäure
Isobutylester (90°C) als Vernetzer
vermischt. Das reagierende Gemisch wurde innerhalb
von 1 Minute in auf 110°C vorgewärmte Formen gegossen
und erstarrte darin nach wenigen Minuten.
Das resultierende Elastomer wurde 24 h bei 110°C nachgetempert
und anschließend 7 Tage bei Raumtemperatur gelagert.
Es entstand ein Elastomer mit den in Tabelle 6
wiedergegebenen Eigenschaften.
Es wurde aus dem in Beispiel 10 beschriebenen Polyether-Polycarbonatdiol
ein Präpolymer durch Umsetzung mit
überschüssigem TDI (80% 2,4 TDI und 20% 2,6 TDI) hergestellt.
Um den Gehalt an freiem TDI möglichst niedrig
zu halten wurde das Präpolymer anschließend gedünnschichtet.
Kenndaten
NCO-Gehalt6,1% Viskosität bei 70°C1500 mPa · s freies TDI0,3%
NCO-Gehalt6,1% Viskosität bei 70°C1500 mPa · s freies TDI0,3%
1000 g des in Beispiel F₁ beschriebenen Präpolymers
wurden auf ca. 100°C erwärmt und mit (165 g) 4-Chloro-3,5-diaminobenzoesäure
Isobutylester (90°C) als Vernetzer
vermischt. Das reagierende Gemisch wurde innerhalb
von 1 Minute in auf 110°C vorgewärmte Formen gegossen
und erstarrte darin in wenigen Minuten.
Das resultierende Elastomer wurde 24 h bei 110°C
nachgetempert und anschließend 7 Tage bei Raumtemperatur
gelagert.
Es entstand ein Elastomer mit den in Tabelle 6 wiedergegebenen
Eigenschaften.
Ähnliche monomerenarme Polyester-TDI-Präpolymere:
Desmodur VP PU 0137® und
Desmodur VP PU 0127®.
Desmodur VP PU 0137® und
Desmodur VP PU 0127®.
Kenndaten:
PU 0137
NCO-Gehalt3,4 ± 0,2% Viskosität bei 70°Cca. 2500 mPa · s freies TDIunter 0,5%
PU 0137
NCO-Gehalt3,4 ± 0,2% Viskosität bei 70°Cca. 2500 mPa · s freies TDIunter 0,5%
PU 0127
NCO-Gehalt6,8 ± 0,3% Viskosität bei 70°Cca. 1500 mPa · s freies TDIunter 0,5%
NCO-Gehalt6,8 ± 0,3% Viskosität bei 70°Cca. 1500 mPa · s freies TDIunter 0,5%
Durch Abmischung dieser zwei Präpolymere kann der NCO-Gehalt
im Bereich von 3,4% und 6,8% beliebig eingestellt
werden. So weist z. B. eine Mischung von PU 0137 (3) : PU 0127 (1)
einen NCO-Gehalt von 4,7% auf (entspricht
ungefähr dem Präpolymer in Beispiel E) und eine
Mischung von PU 0127 (3) : PU 0137 (1) weist einen NCO-Gehalt
von ca. 5,8% auf (entspricht dem NCO-Gehalt in
Beispiel F).
Analog Beispiel E wurde die obige Mischung mit 4,7% NCO
(1000 g) mit (113 g) 4-Chloro-3,5-diamonobenzoesäure
Isobutylester umgesetzt.
Analog Beispiel F wurde die obige Mischung mit 5,8% NCO
(1000 g) mit 4-Chloro-3,5-diaminobenzoesäure-isobutylester
umgesetzt.
Claims (5)
1. Hydroxyl-Endgruppen aufweisende Polyether-Polycarbonate
mit MG von 500-12 000, bestehend aus Hexamethylengruppen
und gegebenenfalls bis zu 50 Mol-%
der Hexamethylengruppen aus Penta-, Hepta-, Octa-,
Nona- oder Decamethylengruppen, die statistisch,
alternierend oder blockweise durch Ether- und Carbonatgruppen
verknüpft sind, wobei das Verhältnis
von Ethergruppen zu Carbonatgruppen 5 : 1 bis 1 : 5 beträgt.
2. Polyether-Polycarbonate nach Anspruch 1, bestehend
ausschließlich aus Hexamethylengruppen.
3. Polyether-Polycarbonate nach Anspruch 1 oder 2, bei
denen das Verhältnis von Ether- zu Carbonatgruppen
3 : 1 bis 1 : 3 beträgt.
4. Verfahren zur Herstellung von Polyether-Polycarbonaten
nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß man in der ersten Reaktionsstufe Polyetherdiole
mit MG von 150-500 durch an sich bekannte Veretherung
von Hexandiol-1,6 und gegebenenfalls Heptandiol-1,7,
Octandiol-1,8, Nonandiol-1,9 oder durch
Einwirkung von Basen auf entsprechende Reaktionsgemische
von α,ω-Diolen, α,l-Halogenalkoholen und
α,ω-Dihalogenalkanen herstellt und in der 2. Reaktionsstufe
die Polyetherdiole in an sich bekannter
Weise, gegebenenfalls zusammen mit Pentandiol-1,5,
Hexandiol-1,6, Heptandiol-1,7, Octandiol-1,8,
Nonandiol-1,9 oder Decandiol-1,10, mit Diarylcarbonaten,
Dialkylcarbonaten, Dioxolanonen,
Hexandiolbischlorkohlensäureestern, Phosgen oder
Harnstoff zu Polyether-Polycarbonaten mit MG von
500-12 000 umsetzt, wobei der Anteil der Diole
außer Hexandiol höchstens 50 Mol-% in den beiden
Reaktionsstufen ausmachen darf.
5. Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls geschäumten
Polyurethan-Kunststoffen durch Umsetzung
von höhermolekularen, mindestens zwei Hydroxylgruppen
enthaltenden Verbindungen, gegebenenfalls weiteren
niedermolekularen Di- und Polyolen, niedermolekularen
Kettenverlängerern und gegebenenfalls
Treibmitteln mit Di- und/oder Polyisocyanaten nach
dem Ein- oder Zweistufenverfahren, gegebenenfalls
in inerten Lösungsmitteln oder in wäßriger Emulsion
und üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet,
daß die höhermolekulare Hydroxyverbindung
zumindest zu 50 Gew.-% aus Polyether-Polycarbonaten
nach Ansprüchen 1-3 bestehen.
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