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Verfahren zur Herstellung uns,chmelzbarer, nicht mehr formbarer Kunstharze
Es,ist bereits vorge:schl;agen worden, idie Herstellung von überzügen, Anstrichen,
Filmen, Imprägnierungen u. @dgl. durch Einwirkung von Diisocyanaten auf Verbindungen
mit mehreren austauschbaren Wasserstoffatomen vorzunehmen. Das Verfahren besteht
darin, daß die Ausgangsmaterialien in Form einer Lösung ,in einem geeigneten indifferenten
Lösungsmittel auf eine Unterlage aufgebracht werden unddann unter Verdampfung des
Lösungsmittels solchen Temperaturen ausbsetzt werden, bei denen idie Reaktionskomponenten
sich umsetzen. Nach einem anderen Vorschlag werdenodie Mischungen aus Diisocyaniaten
und Verbindungen indt mehreren austauschbaren Wasserstoffatomen unter Formgebung
solchen Bedingungen ausgesetzt, unter denen; Härtung eintritt. Beiden Verfahren
ist gemeinsam, @daß die Diisocyanate sich mit den reaktionsfäh-igen Verbindungen,
vorzugsweise Polyoxyverbinidungen, umsetzen. In :d.iesem Fall entstehen durch Einwirkung
der Diisocyanate vernetzte: Pol.yurethane. Die genannten Verfahren betreffen einen
neuen Typ von härtbaren Harzen, welche gemäß obensteheniden Ausführungen sowohl
für Einbrenn. lacke als auch für Preßm:assen nutzbar gemacht werden können.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung un.schmelzbarer,
nicht mehr formbarer Kunstharze unter gleichzeitiger Formgebung, insbesondere
durch
Verpressen oder durch Auftragen auf Unterlagen, vorzugsweise in Foren von Anstrichen
und Imprägnierungen. Das Verfahren bestehtdarin, daß man organische Verbindungen
mit mehr als zwei Isocyanatgruppen (Polyisocyanlate) unter Formgebung mit solchen,
vorzugsweise höhermolekularen Verbindungen reagieren, läßt, welche mehrere zur Umsetzung
miit Isocyanatgruppen befähigte Reste enthalten, insbesondere mit Polyoxyverbindungen.
Der Begriff Formgebung soll in diesem Zusammenbang sowohl Formkörper als auch Anstriche,
Filme sowie ,die Herstellung sogenannter Gießharze, ,das Formbeständiigmachen thermoplastischer
Fälden, z. B. solcher aus Aoetyloellulose, die Herstellung von Leichtstoffen aus
Hydroxylgruppen und Carboxylgruppen enthaltenden Verbindungen, formbeständige Verfugungen,
die Herstellung sogenannter Schichtstoffe umfassen. Als Verbindungen mit mehr als
zwei Isocyanatgruppen kommen z. B. Trksocyanate oder Tetraisocyanate in Frage. Erwähnt
seien beispielsweise das Benzol-z, 3, 5-triiisocyanlat, die Naphth@alin-tri.isocyanate,
das Diphenyl-2, 4, 4 -tridsocyanat, das Diphenyl-methan-2, 4, 4 -tniisocy.anat und
seine Danivate, "das 5, 5'-Dimethyldiphenyl-meth-an-2, 4, 2', 4-tetraisocyanat,
das Triphenylmethan-4, 4', 4'-tri,isocyanafi und seine Derivate, .das Tri@isocyanat,
welches bekanntermaßen durch geeignete Phosgenierung des !hydrierten Anlagerungsproduktes
von 2 Mol Acrylnitril an Benzylcyani,d erhältlich ist. Polyisocyanate ider aliphatischen
Reihe, die für dieses Verfahren geeignet sind, lassen sich bekanntlich aus aldp'hatischen
Polycarbonsäiuren über die entsprechenden Az@i@de herstellen. Eine weitere Gruppe
von Polyisocyanaten stellen @die Produkte dar, welche durch VorpolymeDisation von
Di-, Tri- oder Tetraisocyan-aten bis zu einem noch löslichen bzw. schmelzbaren Zustand
erhältlich sind:.. Derartige Vorpolymarisate können nach einem älteren Vorschlag
durch Einwirkung von Sauerstoff und bzw. oder von Katalysatoren hergestellt werden.
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Zu den Häirtungsbedingungen ist zu sagen, daß die Auskondensation
um so schneller erfolgt, je höher die angewandte Härtungstemperatur ist. So verläuft
,die Durchhärtung bei hohen Temperaturen von etwa r8o° innerhalb einliger Minuten,
wähTenid bei gewöhnlicher Temperatur in ,der Regel einige Stunden erforderlich sind.
In allen Fällen kann man aber die Härtung durch Zugabe von Katalysatoren, wie Eisenchloriid
oder tertiären Basen, beschleunigen, so @daß auch bei, niedrigen. oder mäßig erhöhten
Temperaturen sehr gute Ergebnisse erzielt wenden. Anderers@&its kann man die
Mischungen gegen eine vorzeitige Umsetzung bei gewöhnlicher Temperatur dadurch stabilisieren,
,daß man an Stelle von Polyisocyanaten solche Verbindungen anwendet, welche erst
bei :höherer Temperatur wie Polyisocyanate reagieren. Solche Verbindungen sind z.
B. Polyphenylurethane oder Addukte der Polyisocyanate an Malonester, Acetessige.ster
uAgl. Diese Ausführüngsformgehört auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
Die Polyisocyanate gemäß der Erfindung besitzen den Vorteil, -weniger flüchtig als
die Diisocyanate zu sein.
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Als Polyoxyverbindungen verwendet man vorzugsweise solche mit höherem
Molekulargewicht. Es seien als Beispiele Hydrierungsprodukte von P'henol-Formaldehyd-Kondensaten,
Polyester aus mehrbasischen Säuren und einem Überschuß me rwertiger Alkohole, @hydroxylgruppen'haltige
Polyinerisate, wie sie durch teilweise Verseifung von Polyvinylestern oder von Mischpolymerisaten
auf Basis von Vinylestern erhältlich sind, unvollständig acylierte, alkylierte oder
aralkylierte Cellulose und schließlich methylolgruppenhaltige Kondensationsprodukte
aus Harnstoff oder Melämin mit Formaldehyd und Alkoholen -genannt. Des weiteren
können hier auch solche organischen Verbindungen herangezogen wenden, dii:e nur
zwei Hydroxylg-uppen im Molekül enthalten, wie z.- B. Glykole, Glykolester von Dicarbonsäuren,
lösliche lineare Polyurethane, die endständig Hydroxylgruppen tragen, ferner A'bieti.nsäure:diäthanol.amid,
Acrylsäurediäthanola,mi(d" Polyester aus Maleinsäure und der Verbindung folgender
Formel OH-CH2'CH2-O-CH2.CH = CH - CH2 - O - CH. - CH20H und Leinöls@äuremonoglycerinester.
Auch Dioxyäthyl-methyl-amin, Oxäthylanilin sind für das neue Verfahren brauchbar.
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Bei der Herstellung von Einbrennlacken wird man vorzugsweise in Gegenwart
organischer Lösungsmittel arbeiten. Die Anstriche zeichnen sieh nach der Aushärtung
durch 'hervorragende physikalische und mechanische Eigenschaften, insbesondere durch
eine außerordentlich gute Haftfestigkeit auf den verschiedensten Unterlagen, wie
Holz, Schwer- und Leichtmetallen, Glas, Kautschuk, Papier, Textilmaterialien, Leder,
Beton, Kunststoffen u. dgl. aus. Die Herstellung von Formkörpern kann nach dem Preß-
oder dem sogenannten Gießverfahren erfolgen. Es können die verschiedenartigsten
Zusatzstoffe mitverwendet werden. Die Formkörper zeichnen sich durch hervorragende
mechanische, elektrische -Eigenschaften, durch ihr auffallend hohes Füllvermögen
und eine hohe Wasserfestigkeit aus.
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Eine andere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß man
zwischen Glasplatten eine Zwischenschicht eines Polyurethans aus den Polyisocyanaten
entstehen läßt. Solche Mehrschichtengläser eignen sich vorzüglich als sogenanntes
splittersicheres Glas. Weiterhin kann man den aktiven Komponenten noch Teilchen
beliebiger Art, z. B. Farbpigmente, Metallpulver, Leuchtpigmente, Schmirgel, Diamantstaub,
Fasern, Bremselemente, Drähte, vor ihrer Verformung zugeben.
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Eine weitere Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens besteht
darin, daß man poröse, bereits verformte Werkstoffe beliebiger Art, z. B. aus Holz,
mit den vorstehend erwähnten Komponenten imprägniert
und dann solchen
Bedingungen aussetzt, unter denen die Komponenten miteinander reagieren. Beispiel
i 3o Teile Acetylcelluose (531/o Acetyl) werden in einer Mischung von i2o Teilen
Aceton, 6o Teilen Toluol und 9o Teilen Glylcolmonomethylätlieracetat gelöst. Man
fügt 3 Teile 5-Met'hyldip.henylmethan-2, 4, .4 -triisocyanat, gelöst in 3o Teilen
Glykolmonomet'hylätheracetat, und 24 Teile Phthalsäuremethylester (als Weichmacher)
.hinzu. Die erhaltene Lacklösung wird beispielsweise auf Metall aufgestrichen oder
.nach Verdünnung mit geeigneten Lösungsmitteln aufgespritzt und 1/2 Stunde bei 12o°
eingebrannt. Der gut haftende Film ist gegen organische Lösungsmittel beständig.
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Statt diese Acetylcellulose-Trii.socyanat-Lösung als Lack zu verwenden,
kann man, sie auch zu Fäden verspinnen, die nach dem Trocknen bei etwa 12o° eine
in organischen Lösungsmitteln unlösliche und bügelfeste Acetatseide ergeben.
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Das 5-Methyldiphenylmethan-2, 4, 4'-triisocyan.at, das durch Pbosgenierun:g
des entsprechenden salzsauren Salzes des 5-Methyldiphenylmethan-2, 4, 4'-triamins
in siedendem i, 2-Dichlorbenzol erhältlich ist, siedet bei einem Vakuum von 4 mm
Quecksilber bei 224° und schmilzt bei 75 bis 77°.
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Beispiel e Eine Lösung von io Teilen Äthylcellulose (47% Äthoxyl)
in 9o Teilen Chlorbenzol wird mit der Lösung von 1/2 bis i Teil 5, 5'-Dimethyl-diphenylmethan-2,
4, 2', 4'-tetraisocyanat in io Teilen Toluol versetzt. Nach dem Aufbringen der Lacklösung
wird sie auf ihrer Unterlage 1/2 Stunde bei 135° eingebrannt. Der entstandene Lacküberzug
ist unlöslich geworden in aromatischen Kohlenwasser-Stoffen.
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Das 5, 5'-Dimethyldiphenylmethan-2, 4, 2', 4'-tet.raisocyanat, gewinnbar
durch Phosgenierung des Chlorhydrates des entsprechenden Tetraamins, ist eine weiße,
feste Verbindung vom Schmelzpunkt 154 bis 156°.
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.Beispiel 3 15 Teile einer 750/dgen Lösung eines Polyesters aus 3
Mol Adipinsäure und 4,1 Mol Trimethylolpropan (Säurezahl: o,9, Hydroxylgehalt: 9,250/0)
in Essigsäureäthylester werden zu einer Lösung von 4,28 Teilen Diphenyl-2, 4, 4'-triisocyanat
in 7 Teilen Essigsäureäthylester gegeben.
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Die gut vermischte, klare Lösung kann auf Unterlagen aller Art als
Film oder Imprägnierung aufgebracht und dann bei Raum- oder höherer Temperatur getrocknet
werden. Nach 1stündigem Trocknen bei 15° sind die Filme bereits handtrocken, während
dieser Zustand bei 12o° bereits nach wenigen Minuten eintritt. Die Filme besitzen
eine gute Haftfestigkeit, gute Elastizität und zeigen eine hervorragende Festigkeit
gegenüber organischen Lösungsmitteln.
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Das verwendete Dip'henyl-2, 4, 4'-triisocyan.at, das durch P'hosgenieruiig
des in-Aminofienzi-dinchlorhydrates in siedendem i, 2-Dichlorbenzol herstellb ar
ist, zeigt folgende Konstanten: Kp2 = r94 bis i98°; Fp. = 71°.
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Beispiel 4 Eine Lösung aus 6 Teilen i, i2-Do,decandiol und 5,5 Teilen
Dip.henyl-2, 4, 4'-triisocyanat in 4o Teilen Essigsäureäthylester wird in üblicher
Weise auf die zu lackierende Unterlage aufgebracht und sofort im Trockenapparat
bei 16o° eingebrannt. Der Überzug verhält sieh in seinen Eigenschaften, wie im Beispiel
3 angegeben. An Stelle von Dodecandiol kann man z. B. auch die äquivalenten Mengen
von ß-Nap'ht@hylglyceriniäther, teilweise mit Glycerin umgeestertes Kolophonium,
ein Gemisch von Di-und Trimethylo1-ß-dekalon, Thiodiglykol, Polyäthylenoxyd, Sorbitdiacetal
verwenden.
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Beispiel s Zu i i Teilen einer 5o%igen Lösung eines Polyesters aus
3 Mol Adipinsäure und 4,1 Mol Trimethylolpropan (Säurezahl: o,9, Hydroxylgehalt:
9,25V0) im Essigsäureäthylester wird die Lösung von 2,3 Gewichtsteilen 5-Methyldiphenylmethan-2,
4, 4'-triisocyanat in 2 Gewichtsteilen Essigester gegeben. Nach dem Auftragen dieser
Lösung auf Formkörper jeder Art und Trocknen des Lackaufstriches bei Raumtemperatur
oder im Ofen bei 12o° (15 Minuten) entsteht eine festhaftende, elastische und lösungsmittelbeständige
Lackierung.
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Beispiel 6 452 Teile eines Polyesters aus 2 Mol 1, 4-Butylenglykol,
3 Mol Adipinsäure und 2 Mol Hexantriol mit einer Säurezahl von 2 und 7,5°/o Hydroxylgehalt
werden in 3oo Teilen Essigester gelöst und bei Siedetemperatur mit 26 Teilen Toluylendiisocyanat
vorbehandelt. Zu dieser Lösung wird in der Kälte die Lösung von 158 Teilen 5-Methyldiphenylmethan-2,
4, 4'-triisocyanat in 15o Teilen Essigester zugefügt. Daraus hergestellte Lackaufstriche
bzw. Imprägnierungen besitzen nach dem Trocknen bei Raumtemperatur oder erhöhter
Temperatur eine hervorragende Elastizität und Chemikalienbeständigkeit.
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Beispiel ? ioo Teile Glimmerabfälle werden mit einer Lösung von 5
Teilen eines Polyesters aus Adipinsäurehexantriol (Hydroxylge'halt: 9,250/0, Säurezahl:
o,9) und 2 Teilen Diphenyl-2, 4, 4'-triisocyanat in 7 Teilen Essigsäureäthylester
besprüht und nach kurzem Ablüften bei i2o bis 13o° unter Druck verformt. Die so
hergestellten Formlinge eignen sich in hervorragender Weise als Elektroisoliermaterial
jeder Art.
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Beispiel 8 Ein Werkstück in Form eines Webschützens aus Buchenholz
wird durch mehrstündiges Trocknen bei 9o° weitgehend entwässert und anschließend
in ein Druckgefäß ebracht, das ein Lösungsmittelt'
gemisch aus 2
Teilen der Lösung A und 3 Teilen der Lösung B enthält, wobei die Lösungen folgende
Zusammensetzung haben: Lösung A ioo Teile eines Veresterungsproduktes aus 3 Mol
Adipinsäure und 4,1 Mol Hexanbr.iol (Hydroxyligeha;lt: 9,z %; Säurezahl: o,9), ioo
Teile Essigsäureäthylester.
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Lösung B 25 TeileDiphenyl-2, 4, 4'-triisocyanat, ioo Teile Essigsäureäthylester.
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Die Imprägnierung wird bei Raumtemperatur während 15. Minuten und
bei einem Druck von 5 atü durchgeführt. Danach lagert man den imprägnierten Holzkörper
mehrere Stunden bei Raumtemperatur, um das Lösungsmittel zu verdampfen, und trocknet
ihn bei 5o bis 6o°. Durch diese Behandlung erhält das Holz eine stark gesteigerte
Verfestigung. Bei einer Dauerbeanspruchung tritt im Gegensatz zu dem unbehandelten
Holz eine wesentlich geringere Abnutzung und in keinem Fall ein Absplittern auf.
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Beispiel 9 Zu einer Lösung von io Teilen Acetylcelluloseflocken (531/o
Acetyl) in 9o Teilen eines Gemisches aus 8o% Aceton und 2o% Glykolmonomethylätheracetat
fügt man die Lösung von i Teil eines aus Hexan-i, 6-diisocyanat durch Einwirkung
von Luft hergestellten dicköligen Polymerisationsproduktes (20o Poisen/Höppler Viskosimeter
bei 20°) gelöst in 1 Teil Essigsäureäthylester. Nach Durchmischung wird die tagelang
haltbare, klare Lösung als Lack z. B. auf ein Metallblech aufgestrichen und der
Lack 2o Minuten bei 170 bis 18o° eingebrannt. Der so entstandene Film besitzt im
Gegensatz zu dem normalen Acetylcellulosefilm eine wesentlich erhöhte Haftfestigkeit
und ist praktisch unlöslich in organischen Lösungsmntteln wie Aceton und Pyridin.
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Beispiel io 18 Teile eines Kondensationsproduktes mit der Säurezahl
o,5 auf 657 Teilen Adipinsäure und 845 Teilen Hexantriol werden in i8 Teilen Essigsäureäthylester
gelöst und mit io Teilen des im Beispiel 9 angegebenen Polymerisationsproduktes
aus Hexan-i, 6-diisocyanat versetzt. - Die Lösung kann sofort oder nach längerem
Stehen auf Glas, Blech oder Stoff durch einen Streich- oder Tauchprozeß aufgebracht
und je nach Art der Unterlage bei ioo bis 16o° eingebrannt werden. Die Reaktion
ist in ganz kurzer Zeit beendet. Die Überzüge sind in organischen Lösungsmitteln
unlöslich und zeichnen sich durch hohe Elastizität und Haftfestigkeit aus.
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Beispiel ii 2o Teile einer 8o%igen Xylollösung des Kondensationsproduktes
aus einem Harz, erhalten durch Kondensation von Xylol mit Formaldehyd in etwa 700/aiger
Schwefelsäure einerseits und einem Polyester aus 3 Mol Adipinsäure und 4 Mol Trimethylolpropan
mit einer Säurezahl von 5 andererseits, werden mit 4 Teilen des im Beispiel 9 angegebenen
Polymerisationsproduktes aus Hexanz, 6-diisocyanat, gelöst in 4Teilen Essigsäureäthylester,
gemischt. Die klare Lösung wird als Lack auf Glas oder Metallblech aufgestrichen
und danach 2o Minuten bei 17o bis 18o° getrocknet. Es entsteht ein fes,thaftenmder,
elastischer und gegen organische Lösungsmittel widerstandsfähiger über-Zug.
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Beispiel 12 Ein dicht geschlagenes, dünnes Leinengewebe wird mit einer
Lösung aus ioo Teilen eines veres:terungsproduktes aus 3 Mol Adipinsäure und 4,1
Mol Trimethylolpropan, 5o Teilen des im Beispiel 9 beschriebenen Polymerisationsproduktes
aus Hexamethylendiisocyanat und ioo Teilen Essigsäureäthylester bestrichen. Nach
kurzer Trocknung bei Raumtemperatur oder wenig erhöhter Temperatur wird Siliciumcarbidpulver
aufgestreut und die weitere Härtung bei 13o bis 14o° innerhalb weniger Minuten durchgeführt.
Das so erhaltene Schmirgelleinen ist geschmeidig und zeigt neben einem sehr guten
Abrieb eine sehr gute Wasserfestigkeit.
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Beispiel 13 33 Teile Graphit werden mit 12 Teilen eines Polyesters
aus 3 Mol Adipinsäure und 4,1 Mol Trimethylolpropan sowie mit 7 Teilen Diphenyl-2,
4, 4'-triisocyanat innig vermengt, danach zu Schreibminen verpreßt und einige Minuten
bei i4o° gehärtet. Die fertige Mine ist wasserunempfindlich und besitzt eine gute
mechanische Festigkeit.
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Statt des Graphits können auch Farbstoffe, wie Kupferphthalocyanin,
Rotpigmente aus der Naphthol-AS-Reihe oder Mineralfarben, verpreßt werden.
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Beispiel 14 ioo Teile einer 6o%igen Essigesterlösung eines Veresterungsproduktes
aus 3 Mol Adipinsäure und 4,1 Mol Hexantriol werden mit Zoo Teilen eines Füllstoffes,
der aus 195 Teilen Bariumsulfat und 5 Teilen Litholechtscharlach besteht, sowie
mit 3o Teilen des im Beispiel 9 erwähnten Polymerisationsproduktes aus Hexamethylendiisocyanat
innig vermischt. Diese Mischung wird in dünner Schicht auf einen möglichst trockenen,
geeigneten Untergrund aufgetragen. In kurzer Zeit erhärtet sie zu einem gut schleifbaren,
wasserfesten überzug von hoher Wärmebeständigkeit.
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Beispiel 15 Bahnen aus Natronzellstoff werden mit der Lösung aus ioo
Teilen eines hydroxylgruppenhaltigen Veresterungsproduktes aus 3 Mol Thiodipropionsäure
und 4,1 Mol Hexantriol, 38 Teilen
Diphenyl-2, 4, 4'-triisocyanat
und 25oTeilen Essigester so lange getränkt, bis eine Gewichtszunahme von 5o '/o
erzielt ist. Nach dem Verdunsten des Lösungsmittels bei 6o° schichtet man die Bahnen
in der üblichen Weise übereinander und preßt sie je nach Schichtdicke in einer Druckpresse
bei i4o° und einem Druck von i5o bis 200 kg 3o bis 6o Minuten. Auf diese Weise entstehen
Preßstücke von großer Härte, hoher Dichte und guten mechanischen Festigkeiten bei
einer sehr geringen Wasserquellung.
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Beispiel 16 io Teile eines Kondensationsproduktes aus 4 Mol Adipinsäure
und 5 Mol Hexantriol mit einer Säurezahl von 25, 2 Teile eines Polyesters aus 3
Mol Oxalsäure und 4 Mol Hexantriol und 8 Teile des im Beispiel 9 angegebenen Polymerisationsproduktes
aus Hexamethylendiisocyanat werden unter Zugabe von o,5 Teilen Methylenchlorid bei
Raumtemperatur innig vermischt. Durch Erwärmen auf 13o° entsteht ein sehr elastischer
Leichtstoff vom Raumgewicht o,i bis o,i4.
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Beispiel 17 43 Teile eines Polyesters aus 3 Mol Adipinsäure und 4,1
Mol Hexantriol und 25 Teile des im Beispielg angegebenen Podymerisationsproduktes
aus Hexan-i, 6-diisocyanat werden mit 68 Teilen Holzmehl, i Teil Zinkstearat und
i Teil Magnesiumoxyd auf einer 7o bis 8o° heißen Walze gemischt. Das Walzfell läßt
sich bei 13o bis 16o° einwandfrei zu festen hochelastischen Formkörpern v erpressen.
Die Bestimmung der mechanischen Festigkeiten einer bei 16o° gepreßten Platte lieferte
am Dynstat folgende Werte: Schlagbiegefestigkeit 45 kg/cm2, Biegefestigkeit 288
kg/cm2, Biegewinkel 54°.
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Beispiel 18 Naturseide wird mit einer Mischung aus 5oTeilen einer
33o/aigenLösungdes im Beispielg angegebenen Pol.yhexarnethylendii,socyanats in Äthylacetat
und i2o Teilen einer 5oo/oigen Lösung eines Kondensationsproduktes aus 3 Teilen
Adipinsäure und 4 Teilen Trimethylolpropan in Athylacetat imprägniert. Der überschuß
wird abgestreift. Anschließend wird i Stunde bei etwa 6o° getrocknet und 3 Stunden
bei ioo bis i2o° in der Hänge nacherhitzt.
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Es wird eine Ölhaut erhalten, die sich durch gute Wasserfestigkeit,
Alterungsbeständigkeit und Geschmeidigkeit auszeichnet.