DE4038601A1 - Verfahren zur herstellung von schaumstoffen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von schaumstoffenInfo
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- C08J9/12—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Schaumstoffen auf Basis von Polyisocyanaten, insbesondere
von Polyurethan- und Polyisocyanuratschaumstoffen. Die
Herstellung solcher Schaumstoffe ist bekannt und
beispielsweise im Kunststoff-Handbuch, Band VII,
Polyurethane, Carl Hanser Verlag München, Wien (1983),
Seiten 246 bis 331, sowie in EP-A1-00 77 964,
EP-A1 03 34 059, DE-AS 16 94 138 (=GB-PS 12 09 243)
beschrieben.
In Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie (1980),
Band 19, Seiten 301 bis 341, sind die verwendbaren
Rohstoffe und die möglichen Verfahren zur Herstellung von
Polyurethanhartschaumstoffen zusammenfassend beschrieben.
Des weiteren sind entsprechende Hinweise in Kirk-Othmer,
Encyl. of. Chem. Technoloy, 3rd edition, Vol. 11 (1980)
Pages 87-89 und Vol. 23 (1083), Pages 576-607 zu finden.
Übliche Treibmittel für Polyurethane sind Kohlendioxid -
das bei der Herstellung der Polyurethane aus
Polyisocyanaten und Verbindungen mit reaktivem Wasserstoff
durch Zusatz von Wasser erzeugt wird - und/oder sogenannte
"physikalische Treibmittel", nämlich leicht flüchtige
organische Substanzen, wie Aceton, Ethylacetat,
halogensubstituierte Alkane wie Methylenchlorid,
Chlorofrom, Ethylidenchlorid, Vinylidenchlorid,
Dichlordifluormethan, ferner Butan, Hexan, Heptan oder
Diethylether. Die Verwendbarkeit fluorierter
Kohlenwasserstoffe zur Herstellung von wärmeisolierenden
Polyurethanschaumstoffen ist z. B. aus der DE-PS 11 11 381
bekannt. Auch anorganische Treibmittel, z. B. Luft, CO₂ oder
N₂O, kommen infrage. Weitere Einzelheiten über die
Verwendung von Treibmitteln sind im Kunststoff-Handbuch,
Band VII, Carl-Hanser-Verlag, München (1966), z. B. auf den
Seiten 108 und 109, 453 bis 455 und 507 bis 510
beschrieben.
An physikalische Treibmittel für Polyurethanschaumstoffe
werden bestimmte Anforderungen gestellt. Es ist eine gute
Vermischbarkeit der Treibmittel mit den üblichen Rohstoffen
erforderlich, sie sollen aber im entstehenden Polyurethan
unlöslich sein, um eine gute Materialqualität der
Schaumstoffe zu gewährleisten. Des weiteren wird wegen der
bei der Verschäumung auftretenden Reaktionswärme, die zu
einer Temperaturerhöhung bis etwa 200°C bei der
Aufschäumung großvolumiger Teile führen kann, eine gute
thermische Stabilität des Treibmittels erwartet. Außerdem
sollten die Treibmittel vorzugsweise unbrennbar sein. Alle
diese Anforderungen führten im Lauf der Entwicklung der
Polyurethanschaum-Technologie dazu, fluorierte
Chlorkohlenwasserstoffe (FCKW), insbesondere
Trichlorfluormethan (FCKW 11), als physikalische Treibmittel
zu verwenden.
Die FCKW stehen jedoch inzwischen im Verdacht, die
Ozonhülle der Erde zu schädigen. Es ist deshalb notwendig,
auf die Verwendung dieser Verbindungen baldmöglichst zu
verzichten und stattdessen andere Susbtanzen, die kein Ozon-
Schädigungspotential haben, als physikalische Treibmittel
zu verwenden.
Diskutiert wird der Verzicht auf FCKW als Treibmittel
zugunsten von CO₂, das wie oben erwähnt - durch Zusatz
von Wasser bei der Herstellung der Polyurethane aus
Polyisocyanaten entsteht. Diese Methode ist zwar für manche
Schaumstoffe vertretbar, führt aber insbesondere bei
Hartschaumstoffen zu großen Nachteilen, weil die so
hergestellten Schaumstoffe eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit
und damit ein geringes Wärmedämmvermögen aufweisen als
die mit Hilfe von FCKW hergestellten Schaumstoffe.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß fluorierte Ether
in gleicher Weise wie FCKW zur Aufschäumung von Schaumstoffen
auf Basis von Polyisocyanaten geeignet sind und die
Wärmeleitfähigkeit der mit ihnen geschäumten
Hartschaumstoffe wesentlich niedriger ist als die
Wärmeleitfähigkeit der mit CO₂ geschäumte. Insbesondere
wurde gefunden, daß man diese fluorierten Ether und CO₂
gleichzeitig als Treibmittel benutzen kann, wobei schon bei
relativ geringem Anteil an fluorierten Ethern (und
entsprechend hohem CO₂-Anteil und daher hohem Wasseranteil
in der Hartschaum-Rezeptur) eine erhebliche Verbesserung
der Wärmedämmwirkung erreicht wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von Schaumstoffen auf Basis von Polyisocyanaten durch
Umsetzung von Polyisocyanaten, Verbindungen mit mindestens
zwei gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen
Wasserstoffatomen, Treibmittel und gegebenenfalls weiteren
Zusatzmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß man ein
Treibmittel verwendet, das zu mindestens 10 Mol-% aus einem
oder mehreren fluorierten Ethern der allgemeinen Formel I
CaHbFc - O - CdHeFf
mit
a = 1 - 6
b = 1 - 12
c = 1 - 12
d = 1 - 2
e = 0 - 5
f = 0 - 5
a = 1 - 6
b = 1 - 12
c = 1 - 12
d = 1 - 2
e = 0 - 5
f = 0 - 5
besteht.
Vorzugsweise bestehen mindestens 20 Mol-%, insbesondere
50-80 Mol-% des Treibmittels aus einem oder mehreren der
genannten fluorierten Ether. Das Treibmittel kann jedoch im
Prinzip auch zu 100 Mol-% aus diesen Ethern bestehen.
Wenn jedoch - was im allgemeinen der Fall sein wird - nicht
das gesamte Treibmittel aus diesen Ethern besteht, dann
besteht der Rest aus einem der obengenannten
konventionellen Treibgas. Vorzugsweise besteht der Rest
dann zumindest teilweise aus CO₂, welches durch Zusatz
einer geeigneten Menge bei der Umsetzung der
Polyisocyanate zu den Schaumstoffen erzeugt wird. Eine
"geeignete" Menge Wasser ist dabei eine Menge, die den
gewünschten Anteil an CO₂ erzeugt. Besonders bevorzugt ist
ein Treibgas, das nur aus einem oder mehreren der genannten
Ether und (durch Wasserzugabe erzeugtem) CO₂ besteht, d. h.
daß der oben angesprochene "Rest" des Treibgases nur aus
CO₂ besteht.
Unter den fluorierten Ethern der Formel I sind diejenigen
bevorzugt, für die
a = 1 - 5
b = 1 - 6
c = 5 - 10
d = 1 - 2
e = 1 - 3
f = 2 - 4
b = 1 - 6
c = 5 - 10
d = 1 - 2
e = 1 - 3
f = 2 - 4
ist. Besonders bevorzugt sind
diejenigen, für die
a = 1 - 3
b = 1 - 4
c = 1 - 6
d = 1 - 2
e = 1 - 3
f = 2 - 4
b = 1 - 4
c = 1 - 6
d = 1 - 2
e = 1 - 3
f = 2 - 4
ist.
Die Herstellung der fluorierten Ether wird beschrieben in
Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume A 11
(1988), Seite 349-389, insbesondere Seite 367; A. M.
Lovelace et al., Aliphatic Fluorine Compounds (1958); H.
Liebig und K. Ulm, Herstellung und Anwendung aliphatischer
Fluorverbindungen II., Chemiker-Zeitung (1976), S. 3-13.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Schaumstoffe auf
Basis von Polyisocyanaten, die nach dem obigen Verfahren
erhältlich sind.
Bei Verwendung der genannten fluorierten Ether kann man die
bisher üblichen Schaumrohstoffe ersetzen und, wie oben
gesagt, die Anteile an Wasser oder konventionellem
physikalischem Treibmittel weitgehend reduzieren oder sogar
ganz auf sie verzichten.
Geeignete Polyisocyanate für das erfindungsgemäße Verfahren
sind die für diesen Zweck üblichen aliphatischen,
cycloaliphatischen und aromatischen Di- oder Polyisocyanate.
Bevorzugt sind 2,4- und 2,6-Toluyldiisocyanat,
Diphenylmethandiisocyanat, Polymethylenpolyphenylisocyanat
und Mischungen davon. Es können auch Carbodiimidgruppen,
Urethangruppen, Allophanatgruppen, Isocyanuratgruppen,
Harnstoffgruppen oder Biuretgruppen enthaltende
Polyisocyanate, die man als "modifizierte Polyisocyanate"
und "Isocyanat-Präpolymere" bezeichnet, verwendet werden.
Die Polyisocyanate werden mit Verbindungen umgesetzt, die
mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähige
Wasserstoffatome enthalten, beispielsweise Hydroxylgruppen
aufweisende Verbindungen auf Polyether-, Polyester- und
Aminbasis, sowie Amino- und/oder Carboxyl- und/oder
Thiolgruppen aufweisende Verbindungen. Diese Verbindungen
haben in der Regel 2-8 gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige
Wasserstoffatome.
Als Katalysatoren bei dieser Umsetzung werden, wie üblich,
tertiäre Amine, die ggf. auch gegenüber Isocyanatgruppen
aktive Wasserstoffatome enthalten können und/oder
organische Metallverbindungen, vorzugsweise Zinnsalze von
Carbonsäuren eingesetzt.
Außerdem mitverwendet werden im allgemeinen
oberflächenaktive Zusatzstoffe, wie Emulgatoren und
Schaumstabilisatoren. Bei den Emulgatoren handelt es sich
z. B. um Salze von Fettsäuren. Als Schaumstabilisatoren
kommen oft Polyethersiloxane zum Einsatz.
Die nachfolgenden Beispiele 1-7 erläutern die Erfindung.
Sie betreffen typische Hartschaum-Rezepturen mit
unterschiedlichen Anteilen verschiedener fluorierter Ether.
Im Vergleichsbeispiel wird dagegen ausschließlich aus
Wasser entstandenes CO₂ als Treibmittel verwendet. Es zeigt
sich bei Mitverwendung der erfindungsgemäßen fluorierten
Ether neben CO₂ schon bei relativ geringen Ether-Anteilen
von z. B. 25 Mol-%, bezogen auf die gesamte Treibmittel-
Menge, eine deutliche Verringerung der Wärmeleitfähigkeit
der Schaumstoffe. Dieser Effekt nimmt mit längerer
Lagerzeit sogar noch zu.
Die fluorierten Ether eignen sich auch zur Aufschäumung von
weichen Schaumstoffen mit offenzelliger Struktur und zur
Herstellung von Schaumstoff-Formteilen mit zelligem Kern
und kompakter Oberfläche gemäß DE-AS 16 94 138 (entsprechend
GB-PS 12 09 243).
Die Eigenschaften der in den folgenden Beispielen
hergestellten Schaumstoffe sind in der ihnen folgenden
Tabelle angegeben.
85 g Sucrose/Propylenoxid-Polyether der OH-Zahl 380,
15 g Ethylendiamin/Propylenoxid-Polyether der OH-Zahl 480,.
1 g Schaumstabilisator (Typ DC 193 von Dow Corning Corp.),
1,5 g Dimethylcyclohexylamin und 3,8 g Wasser wurden
mittels eines Rührers mit 2500 Umdrehungen 15 Sekunden lang
innig vermischt, dann mit 192 g rohem
Diphenylmethandiisocyanat (MDI handelsüblicher Qualität)
10 Sekunden innig vermischt und anschließend in eine
Papierform gegossen. Die Aufschlämmung des Gemisches begann
nach ca. 15 Sekunden und war nach ca. 75 Sekunden beendet.
Es resultierte ein harter Schaumstoff mit den in der
Tabelle angegebenen Eigenschaften.
Es wurde verfahren wie im Vergleichsbeispiel, jedoch mit
dem Unterschied, daß 2,0 g Dimethylcyclohexylamin, 2,0 g
Wasser, 15 g 1-Hydro-tetrafluorethyl-methylether
(CHF₂-CF₂-O-CH₃) und 165 g MDI verwendet wurden.
Es wurde verfahren wie in Beispiel 1, aber der Wasser-
Anteil auf 3,0 g und der MDI-Anteil auf 180 g erhöht und
die 15 g 1-Hydrotetrafluorethyl-methylether durch
10 g 2-Hydrohexafluorpropyl-methylether (CF₃-CHF-CF₂-O-CH₃)
ersetzt.
Es wurde verfahren wie in Beispiel 2, aber der Wasser-Anteil
auf 3,4 g und der MDI-Anteil auf 186 g erhöht. Statt 2-Hydro
hexafluorpropyl-methylether wurden 4,5 g 1-Hydro-
tetrafluorethyl-ethylether (CHF₂-CF₂-O-CH₂-CH₃) verwendet.
15 g Glycerin/Ethylenoxid-Polyether der OH-Zahl 750,
50 g Sucrose/Propylenoxid-Polyether der OH-Zahl 490,
15 g Ethylendiamin/Propylenoxid-Polyether der OH-Zahl 480,
20 g Tetrabromphthalat-Diol der OH-Zahl 220 (PHT-4-Diol von
Great Lakes Chemical), 20 g Trichlorethylphosphat, 1 g
Schaumstabilisator, 1,5 g Dimethylcyclohexylamin, 1 g Wasser,
28 g 1-Hydro-tetrafluorethyl-methylether (CHF₂-CF₂-O-CH₃)
und 147 g MDI wurden wie im Vergleichsbeispiel verschäumt.
Es wurde verfahren wie in Beispiel 4, jedoch wurden statt
15 g nur 10 g Glycerin/Ethylenoxid-Polyether der OH-Zahl
750, sowie 55 g Sorbitol/Glycerin/Propylenoxid-Polyether
der OH-Zahl 560 statt 50 g Sucrose/Propylenoxid-Polyether
der OH-Zahl 490 verwendet und das Treibmittel 1-Hydro-
tetrafluorethyl-methylether durch 40 g (1,1-Difluor-2,2-
difluor-ethyl)-1,1,1-trifluorethylether (CHF₂-CF₂-O-CH₂-CF₃)
ersetzt.
15 g eines Polyethers aus Ethylendiamin und gleichen
Anteilen von Ethylenoxid und Propylenoxid der OH-Zahl 630
wurden mit 45 g Sorbitol/Glycerin/Propylenoxid-Polyether
der OH-Zahl 560, 20 g Glycerin/Propylenoxid-Polyether der
OH-Zahl 160, 20 g Tetrabromphthalat-Diol der OH-Zahl 220
und 20 g Trichlorethylphosphat sowie 1,0 g
Schaumstabilisator, 1,0 g Dimethylcyclohexylamin, 2,2 g
Wasser, 13 g (1,1-Difluor-2,2-difluor-ethyl)-ethylether
(CHF₂-CF₂-O-CH₂-CH₃) und 137 g MDI wie in Beispiel 1
vermischt und verschäumt.
Es wurde verfahren wie im Beispiel 4, aber die 28 g 1-Hydro-
tetrafluorethyl-methylether durch 35 g (1,1,1-Trifluor-2-
fluor-3,3-difluor-propyl)-methylether (CF₃-CHF-CF₂-O-CH₃)
ersetzt.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen auf Basis
von Polyisocyanaten durch Umsetzung von Polyisocyanaten,
Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber
Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Wasserstoffatomen,
Treibmitteln und gegebenenfalls weiteren Zusatzmitteln,
dadurch gekennzeichnet, daß man ein Treibmittel
verwendet, das zu mindestens 10 Mol-% aus einem oder
mehreren fluorierten Ethern der allgemeinen Formel I
CaHbFc - O - CdHeFfmit
a = 1 - 6
b = 1 - 12
c = 1 - 12
d = 1 - 2
e = 0 - 5
f = 0 - 5besteht.
a = 1 - 6
b = 1 - 12
c = 1 - 12
d = 1 - 2
e = 0 - 5
f = 0 - 5besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man ein Treibmittel verwendet, das zu mindestens 20 Mol-%
aus einem oder mehreren der genannten fluorierten Ether
besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man ein Treibmittel verwendet, das zu 50-80 Mol-% aus
einem oder mehreren der genannten fluorierten Ether
besteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rest des Treibmittels zumindest
teilweise aus CO₂ besteht, welches durch Zusatz von
Wasser bei der Umsetzung der Polyisocyanate gebildet
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rest des Treibmittels aus CO₂
besteht, welches durch Zusatz von Wasser bei der
Umsetzung der Polyisocyanate gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß man einen oder mehrere fluorierte
Ether der Formel I mit
a = 1 - 5
b = 1 - 6
c = 5 - 10
d = 1 - 2
e = 1 - 3
f = 2 - 4einsetzt.
b = 1 - 6
c = 5 - 10
d = 1 - 2
e = 1 - 3
f = 2 - 4einsetzt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß man einen oder mehrere fluorierte
Ether der Formel I mit
a = 1 - 3
b = 1 - 4
c = 1 - 6
d = 1 - 2
e = 1 - 3
f = 2 - 4einsetzt.
b = 1 - 4
c = 1 - 6
d = 1 - 2
e = 1 - 3
f = 2 - 4einsetzt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904038601 DE4038601A1 (de) | 1989-12-07 | 1990-12-04 | Verfahren zur herstellung von schaumstoffen |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3940447 | 1989-12-07 | ||
DE4008041 | 1990-03-14 | ||
DE19904038601 DE4038601A1 (de) | 1989-12-07 | 1990-12-04 | Verfahren zur herstellung von schaumstoffen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4038601A1 true DE4038601A1 (de) | 1991-06-13 |
Family
ID=27200547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904038601 Withdrawn DE4038601A1 (de) | 1989-12-07 | 1990-12-04 | Verfahren zur herstellung von schaumstoffen |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4038601A1 (de) |
-
1990
- 1990-12-04 DE DE19904038601 patent/DE4038601A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |