DK155674B - Fremgangsmaade til fremstilling af et monokomponent polyurethanskum - Google Patents

Description

DK 155674 B

i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af et monokomponent polyurethanskum ved udtømning af en forpolymer af en polyol og et overskud af polyisocyanat fra en trykbeholder, hvori den forpolymere.befinder sig sammen 5 med et opskurnnings- og .drivmiddel.

Denne fremgangsmåde til fremstilling af polyurethanskum er meget fordelagtig sammenlignet med fremgangsmåder til fremstilling af to-komponent polyurethanskum, fordi den ikke kræver et kompliceret udstyr bestående af to beholdere, et blan-10 deaggregat med tilhørende sprøjtepistol og midler til at dosere komponenterne i et bestemt mængdeforhold, men kan praktiseres blot ved at betjene en ventil på den trykbeholder, hvori den forpolymere befinder sig. Trykbeholderen kan være en såkaldt aerosoldåse, som let betjenes med en enkelt hånd, 15 idet udtømningen af skummet startes og stoppes efter behag, og fremgangsmåden er derfor særlig egnet til anvendelse i bygningsindustrien, hvor skummet benyttes til isolering, klæbning, som mørtelerstatning, til fastholdelse af dør- og vindueskarme og til reparation af revner og sprækker og til 20 udfyldning af hulrum.

En fremgangsmåde af den nævnte art har imidlertid den ulempe, at den forpolymere i trykbeholderen må have en sådan sammensætning, at hærdningen af det udtømte skum, der sker ved hjælp af luftens fugtighed, tager lang tid. Endvidere har 25 de skum, der hidtil har været fremstillet på denne måde, den ulempe, at de udviser et ekspansionstryk, efter at skummet er geleret, med det resultat, at det har været nødvendigt at bruge afstivninger af f.eks. dørkame, indtil polyurethan= skummet er gennemhærdet.

30 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen afhjælper den første af disse ulemper og i foretrukne udførelsesformer også den anden af ulemperne, idet den er ejendommelig ved, at der til den forpolymere i trykbeholderen kort før brugen sættes et 2

DK 155674B

tuelt indeholder en tertiær eller sekundær aminogruppe, med molekylvægt under 2P0 og mindst to primære hydroxylgrupper eller en blanding af sådanne polyoler, som er flydende ved 20°C.

Herved opnår man at kunne forkorte hærdetiden for polyurethan= 5 skummet fra de traditionelle 5-24 timer til nogle få minutter eller en hvilken som helst anden ønsket hærdetid inden for disse to yderpunkter, og dette resultat kan opnås selv med monokomponent polyurethanskum uden aminkatalysator i aktivatordelen, således at man altså ved fremgangsmåden ifølge 10 opfindelsen kan undgå faren ved håndtering af giftige katalysatorer. Tilsætning af et aktiveringsmiddel af den nævnte art er endvidere fordelagtig sammenlignet med tilsætning af katalysatorer, fordi blandingen af forpolymer og aktiverings-middel får en længere potlife, dvs., at det tidsrum, inden 15 for hvilket blandingen bevarer en sådan konsistens, at den kan udsprøjtes, bliver længere.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen adskiller sig fra 2-kompo= nent systemet ved, at den tilsatte mængde aktiveringsmiddel er lille, idet den kan variere fra nul til enhver ønsket 20 lille mængde bestemt af den ønskede virkning. Mængden er sædvanligvis under 15%, typisk af størrelsesordenen 5%, og kan derfor let indføres i trykbeholderen med den forpolymere monokomponent polyurethanskumblanding. Anvendelse af et 2-komponent system kræver præcis dosering af de to komponen- o + 25 ter med en fejlmargin pa - 2%.

Det anvendte aktiveringsmiddel kan f.eks. være en aminoalko= hol, idet en sådan har en særlig kraftig indvirkning på hærdetiden, men ifølge opfindelsen er aktiveringsmidlet fortrinsvis en glycol, idet man med nogle glycoler kan opnå, at poly= 30 urethanskummet bliver trykløst, dvs. ikke udviser nogen væsentlig ekspansion efter gelering, således at man kan undgå at opsætte afstivninger før udsprøjtning af skummet. Glyco= ler, der er særligt egnede til dette formål, er ifølge opfindelsen ethylenglycol, diethylenglycol, propylenglycol- 3

DK 155674B

l,3,butandio1-l,4, pentandiol-1,5, triethylenglycol, tetraeth-ylenglycol og glycerol. Særlige foretrukne er ethylenglycol, propylenglycol-1,3, butandiol-1,4 og glycerol.

5 Det er overraskende, at man kan opnå et trykløst skum ved at tilsætte sådanne glycoler som aktivatorer til et monokomponent polyurethanskum umiddelbart før brugen, da samme virkning ikke opnås ved at lade glycolerne indgå som en del af polyolbe-standdelen ved reaktion med polyisocyanat fra begyndelsen.

10

Den mængde aktiveringsmiddel, som anvendes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, afhænger af den ønskede hærdetid, men er i almindelighed meget mindre end mængden af forpolymer, typisk 5-10%. Aktiveringsmidlet kan derfor leveres i en lille behol-15 der, der følger som ekstraudstyr til den større trykbeholder med den forpolymere af monokomponent polyurethanskum, og brugeren kan tilsætte aktiveringsmidlet, hvis han ønsker at udføre fremgangsmåden ifølge opfindelsen og opnå de dermed forbundne fordele, eller han kan undlade at tilsætte aktiverings-20 midlet, hvis han ønsker at bruge monokomponent polyurethan-skummet på traditionel vis uden afkortet hærdetid.

Monokomponent polyurethanskum på trykbeholder leveres normalt som såkaldte aerosol dåser, dvs. trykbeholdere, hvori den for-25 polymere befinder sig sammen med opskumnings- og drivmidlet, som er en væske med en stejl temperatur-tryk kurve, f.eks. en Freon. Trykbeholderen har en ventil, der åbnes ved blot at nedtrykke udtømningsrøret. På grund af de sikkerhedsbestemmelser, der gælder for anvendelse af de opskumnings- og drivmid-30 ler, som bruges til monokomponent polyurethanskum, overstiger trykket i aerosoldåserne ikke 507 kPa, og dette giver derfor mulighed for at tilsætte aktiveringsmidlet ved udførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen på en særlig enkel måde, der ikke kræver noget specialudstyr og ikke nødvendiggør, at der 35 sammen med aktiveringsmidlet bliver indført andre kemiske forbindelser, som kan have en indvirkning på opskumningen eller hærdningen. Ifølge opfindelsen tilsættes aktiveringsmidlet fortrinsvis til den forpolymere i trykbeholderen ved overfør-

DK 155674 B

4 sel fra en anden trykbeholder, hvori aktiveringsmidlet findes under tryk af en indifferent luftart højere end 507 kPa. Trykbeholderen med aktiveringsmidlet kan f.eks. være en aerosoldåse med en lignende ventil som aerosoldåsen med den forpolyme-5 re, således at overføringen af aktiveringsmidlet kan ske ved blot at trykke udstrømningsrørene på de to aerosoldåser mod hinanden.

Trykbeholderen med aktivator er fortrinsvis fyldt under 50¾ 10 med aktiveringsmiddel, og mest hensigtsmæssigt under 33%. Herved opnår man at kunne overføre aktiveringsmidlet til trykbeholderen med den forpolymere under næsten konstant tryk og uden, at trykket i trykbeholderen med den forpolymere stiger væsentiigt.

15

Tilsætningen af aktiveringsmidlet kan også ske på andre måder, f.eks. kan aktiveringsmidlet haves i en kun delvis fyldt lille lukket beholder uden tryk og en del af den forpolymere overføres fra trykbeholderen til denne lille beholder. Reaktions-20 varmen vil da forøge trykket i den lille beholder så meget, at den lille beholders indhold derefter kan overføres til den større trykbeholder, hvori blandingen af de samlede mængder forpolymer og aktiveringsmiddel så finder sted umiddelbart før udtømningen af skummet.

25

Hvis fremgangsmåden ifølge opfindelsen udføres med det hovedformål at opnå et trykløst skum, anvendes en forpolymer af 30 35

DK 155674 B

5 polyol og polyisocyanat med et sådant overskud af isocyanat, at ækvivalentforholdet mellem isocyanat og hydroxyl er mellem 3:1 og 6:1, hvorhos der tilsættes et aktiveringsmiddel bestående af en glycol i en mængde på 5-10 vægt% af den for= 5 polymere.

Trykbeholderen med den forpolymere af polyol og polyisocyanat kan indeholde de sædvanlige tilsætninger, som bruges til po= lyurethanskum, såsom blødgøringsmidler, overfladeaktive midler og farvestoffer, der ikke har nogen indflydelse på den 10 forpolymeres reaktion med aktiveringsmidlet, men som blot tilsigter at regulere de fysiske egenskaber af det dannede skum eller viskositeten af blandingen før hærdningen.

Opfindelsen anskueliggøres nærmere af følgende eksempler, hvori der som forpolymer er anvendt forskellige reaktions- 15 produkter af en polyolkomponent og et diphenylmethandiisocya= nat. Ækvivalentforholdet mellem de to komponenter varieres i nogle eksempler for at illustrere inden for hvilket interval, der kan opnås et trykløst skum ved anvendelse af forskellige aktiveringsmidler. Trykløsheden konstateres ved at måle eks-20 pansionen i % af en fuge omkring en dørkarm, som ikke er af-stivet.

Eksempel 1. Sammenligningseksempel.

Et monokomponent polyurethanskum på trykbeholder har følgende sammensætning: 25 Oxypropyleret glycerin (molvægt 1000) 100 vægtdele Rå diphenylmethandiisocyanat (funktiona-litet 2,3) 168 tris-2-chlorethylphosphat (blødgøringsmiddel) 32 " 30 Copolymer af siloxan og oxyalkylen (overfladeaktivt middel) 2,5 "

Dimethylaminoethanol 1,5 "

Blanding af Freon 11 og Freon 12 150 " 6

DK 155674B

Blandingen findes på trykbeholder i en standardpakning på 1 liter ved et tryk på "507 kPa · ved stuetemperatur. Ækvivalentforholdet mellem isocyanat og hydroxyl er 4,04:1.

Efter udsprøjtning tørrer skummet klæbefrit på 20-30 minut-5 ter og gennemhærder på 5-24 timer, afhængende af luftens fugtighed, i 5-10 cam tykke lag. Skummet er ikke trykløst, men giver en ekspansion på 24% målt som ovenfor angivet.

Eksempel 2.

Der anvendes samme monokomponent polyurethanskum som i ek-10 sempel 1, men tilsættes før brugen et aktiveringsmiddel bestående af 25 g ethylenglycol.

Det udsprøjtede skum tørrer klæbefrit på 10-15 minutter og gennemhærder på 45 minutter og udviser ingen ekspansion under eller efter hærdningen. Efter tilsætningen af aktiverings-15 midlet kan man endnu efter ca. 12 minutters forløb udsprøjte skum af samme kvalitet.

Eksempel 3. Sammenligningseksempel.

•

Et i handelen værende 2-komponent polyurethanskum udsprøjtes og måles linder samme betingelser som i eksempel 1 og 2 og ud-20 viser en ekspansion på 18%.

Eksempel 4.

454 g af et monokomponent polyurethanskum af samme sammensætning som i eksempel 1 fyldes på en standard trykbeholder på 530 ml. 30 g propandiol-1,3 fyldes på en trykbeholder med 25 et rumfang på 100 ml, og beholderen fyldes efter med nitro= gen til et tryk på 1216 kPa» Indholdet af den lille beholder overføres så til den store beholder ved at forbinde beholdernes udgangsrør og trykke dem mod hinanden, så ventilerne åbnes, hvorved aktiveringsmidlet (propandiol-1,3) dri-30 ves over i den store beholder af nitrogentrykket. Efter kort 7

DK 155674B

omrystning udsprøjtes skummet. Det tørrer klæbefrit på 8 minutter og gennemhærder på 50 minutter og udviser ingen ekspansion.

Eksempel 5.

5 Eksempel 4 gentages, men de 30 g propandiol-1,3 erstattes med 36 g butandiol-1,4, og i stedet for nitrogen anvendes trykluft. Det udsprøjtede skum tørrer klæbefrit på 8 minutter og gennemhærder på 50 minutter og udviser ingen ekspansion.

5 Eksempel 6.

Et monokomponent polyurethanskum på trykbeholder har følgende sammensætning:

Oxypropyleret trimethylolpropan (molvægt 1000) 100 vægfcdele Rå diphenylmethandiisocyanat 168 " 10 tris-chlorpropylphosphat 32 "

Copolymer af siloxan og oxyalkylen 2,5 "

Dimethyldodecylamin 1,1 "

Blanding af Freon 11 og Freon 12 150 "

Blandingen findes på trykbeholder i en standardpakning på 15 1 liter ved et tryk på '507 kPa ... ved stuetemperatur.

Et aktiveringsmiddel bestående af 43,5 g diethylenglycol haves på en lille trykbeholder med et rumfang på 200 ml under et kuldioxidtryk på 1013 kPa Ved stuetemperatur.

Aktiveringsmidlet overføres på den i eksempel 4 beskrevne 20 måde til trykbeholderen med monokomponent polyurethanskummet, hvorved trykket i den større beholder stiger til 709 kPa.

Efter kort omrystning udsprøjtes skummet. Det tørrer klæbefrit på 12 minutter og gennemhærder på 1 time.

8

DK 155674B

Eksempel 7.

Eksempel 6 gentages, idet der som aktivator anvendes 42 g pentandiol-1,5. Det dannede skum er klæbefrit efter 7 minutter og gennemhærdet efter 40 minutter. Det udviser en eks-5 pansion på 3%.

Eksempel 8, 9 og 10.

En monokomponent polyurethanskumblanding fremstilles ved sammeniblanding af følgende komponenter:

Oxypropyleret glycerin (molvægt 1000) 100 dele 10 Hå diphenylmethandiisocyanat (funktionalitet 180 " 2 2)

Tris-chlorpropylphosphat ' 50 "

Copolymer af siloxan og oxyalkylen 3,0 "

Dimethylpiperazin 1,0 "

Blanding af Freoner 150 " 15 Blandingen fyldes på standard trykdåser med et rumindhold på 300 ml med 250 gi hver og aktiveres ved umiddelbart før brugen at indføre følgende aktiveringsmidler i dåsen: 33 g triethylenglycol (eksempel 8), 42 g tetraethylenglycol (eksempel 9) og 13,5 g glycerol (eksempel 10). De dannede skum 20 har de i tabel 1 viste egenskaber.

Tabel 1.

Eksempel_Klæbefri/minutter Hærdet/minutter Ekspansion % 8 7 50 3 9 10 60 4 25 10 12 75 0

Eksempel 11.

En trykbeholder med monokomponent polyurethanskumblanding som i eksempel 8-10 forbindes tryktæt med en lille trykbeholder på 50 ml indeholdende 14 g ethylenglycol, som ikke er under 30 tryk, på en sådan måde, at den lille beholder er nederst og 9

DK 155674B

den store øverst. Når beholdernes ventiler åbnes, trykkes polyurethanskumblanding over i den lille beholder, indtil denne er fuld, og trykket er udlignet. De to sammenkoblede beholdere rystes kort og anbringes derefter med den lille 5 beholder øverst. Blandingen i den lille beholder vil begynde at reagere, hvorved der udvikles varme, således at trykket stiger, og den lille beholders indhold bliver tømt over i den større beholder. Efter adskillelse af de to beholdere kan det aktiverede skum udsprøjtes fra den store beholder.

10 Det tørrer klæbefrit på 15 minutter, genhemhærder på 1 time og udviser ingen ekspansion.

Eksempel 12.

Eksempel 8-10 gentages, idet der som aktivator anvendes 14 g af en blanding af lige dele glycerol og ethylenglycol. Det 15 dannede skum hærder på 1 time uden ekspansion.

Eksempel 13.

Eksempel 12 gentages, idet der som aktivator anvendes 15 g af en blanding i forholdet 1:2 af trimethylolpropan og ethy= lenglycol. Det dannede skum hærder på 50 minutter uden eks-20 pansion.

Eksempel 14-20.

Af en basis polyolblanding af følgende sammensætning:

Oxypropyleret glycerol (molvægt 1000) 100 dele tris(chlorpropyl)phosphat 50 " 25 Copolymer af siloxan og oxyalkylen 3,0 "

Dimethylhexadecylamin 1,3 " fremstilles en række forpolymere med varierende overskud af diphenylmethandiisocyanat som vist i tabel 2, og disse for= polymere fyldes på standard trykdåser med et rumfang på 300 -'30 ml sammen med en konstant mængde drivmiddel, der er en blanding af Freon 11 og Freon 12.

DK 155674 B

10

Tabel 2.

Eksempel Basis polyol Isocyanat Drivmiddel NCO/OH-forhold nr._2_2_ g _ i forpolymer 14 85 80 85 3,4:1 5 15 80 85 85 3,8:1 16 75 90 85 4,3:1 17 70 95 85 4,9:1 18 65 100 85 5,6:1 19 60 105 85 6,3:1 10 20 55 110 85 7,2:1

Der fremstilles så skum af disse blandinger efter tilsætning af en aktivator bestående af ethylenglycol fra en trykdåse med et rumfang på 60 ml. De anvendte aktivatormængder og det dannede skums egenskaber er vist i tabel 3.

15 Tabel 3.

Eksempel Aktivator Klæbefri Ekspansion Bflmpr1fniTltTflr nr._g_minutter_%__^ 14 11,5 5 0 skum lidt blødt 15 12,5 7 0 udmærket skum 20 16 13,5 11 0 " " 17 15 12 0 18 16,5 21 0 19 18,0 23 0 skum lidt sprødt 20 19,0 35 0 skum meget sprødt 25 Eksempel 21.

Der anvendes samme monokomponent polyurethanskum som i eksempel 1, men tilsættes før brugen et aktiveringsmiddel bestående af 9 g diethanolamin og 18 g ethylenglycol. Det udsprøjtede skum tørrer klæbefrit på 5 minutter og gennemhærder på 30 20 minutter.

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et monokomponent poly= 10 urethanskum ved udtømning af en forpolymer af en polyol og et polyisocyanat fra en trykbeholder, hvori den forpolymere befinder sig sammen med et opskumnings- og drivmiddel, kendetegnet ved, at der til den forpolymere i trykbeholderen kort før brugen sættes et aktiveringsmiddel bestående af en organisk 'polyol,, der eventuelt indeholder en tertiær el-ler sekundær aminogruppe, med molekylvægt under 200 og mindst to primære hydroxylgrupper eller en‘blanding af sådanne polyo-ler,.som er flydende ved 20°C.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at aktiveringsmidlet er en glycol.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at glycolen er ethylenglycol, diethylenglycol, propylengly= 25 col-1,3, butandiol-1,4, pentandiol-1,5, triethylenglycol, tetraethylenglycol eller glycerol.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at glycolen er ethylenglycol, propylenglycol-1,3, butandiol-30 1,4 eller glycerol. DK 155674B

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at der anvendes en forpolymer med et sådant overskud af isocy-anat, at ækvivalentforholdet mellem isocyanat og hydroxyl er mellem 3:1 og 6:1, og at der som aktiveringsmiddel anvendes en 5 glycol i en mængde 5-10 vægt% af den forpolymere.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1-5, kendetegnet ved, at aktiveringsmidlet tilsættes til trykbeholderen med forpolymer ved overføring fra en trykbeholder, hvori aktiveringsmid- 10 let findes under et tryk af en indifferent gasart højere end trykket i beholderen med forpolymer. 15 20 25 30 35