EP1951776A1 - Pipa-polyole production method - Google Patents

Pipa-polyole production method

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Publication number
EP1951776A1
EP1951776A1 EP06806127A EP06806127A EP1951776A1 EP 1951776 A1 EP1951776 A1 EP 1951776A1 EP 06806127 A EP06806127 A EP 06806127A EP 06806127 A EP06806127 A EP 06806127A EP 1951776 A1 EP1951776 A1 EP 1951776A1
Authority
EP
European Patent Office
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polyols
pipa
polyol
water
amines
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06806127A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Catherine J. LÖVENICH
Hans Hettel
Bert Klesczewski
Christel Fussangel
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Bayer Intellectual Property GmbH
Original Assignee
Bayer MaterialScience AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayer MaterialScience AG filed Critical Bayer MaterialScience AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08G2110/0041Foam properties having specified density
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Definitions

  • the present invention describes a process for the preparation of PIPA polyols and their use for the production of flexible polyurethane foams.
  • PUR foams are obtained by reacting polyisocyanates and compounds having at least two reactive hydrogen atoms in the presence of blowing agents and other additives.
  • An overview of the production of polyurethanes is given in Kunststoff-Handbuch, volume VE, "Polyurethane", 3rd edition, 1993, by Dr. G. Oertel (Carl Hanser Verlag).
  • PMPOs polymer polyols
  • PPD polyols polyurea dispersions
  • PIPA polyols polyisocyanate polyaddition polyols
  • 4,093,569 and GB-A 1,501,172 are prepared by the polyaddition reaction of hydrazines or amines with mono- , Dioder polyisocyanates prepared in polyols and PIPA polyols ("JPIP A-Process for the Future", K.
  • Highly elastic foams are not only more elastic than standard foams but show better fire properties.
  • One goal of the soft foam manufacturers is the continuous improvement of the fire properties of the foams. Different fire tests are used for different end applications and in different countries. Typical examples are "Califonia 117A”, “California 117D”, “Motor Vehicle Safety System 302” and “3ritish Standard 5852 part 2, Crib V”. In particular, the latter test can usually only be achieved by using a relatively high proportion of expensive flame retardants.
  • PIPA polyols The stability and / or viscosity of PIPA polyols is often problematic.
  • EP-A 129 977 good PIPA polyols are obtained when a dispersant is used in the preparation. Without the dispersant, the products are coarse, high viscosity or solid pastes.
  • One goal of many developments is to increase the solids content to improve the properties of the foams made with the PIPA polyol and to reduce the amount of PIPA polyol to be transported. When increasing the filler content, an unacceptable increase in viscosity must be avoided.
  • EP-A 79 115 PIPA polyols are described with 40-80 wt.% Filler. A portion of the isocyanate is retained and added at a later stage.
  • viscosity reduction and post-production viscosity stabilization ie, little or no increase in viscosity over time
  • a second olamine is added to the reaction mixture of isocyanate and olamine in a second mixing head. Without the addition of the second olamine, the product gels.
  • the stabilization of the viscosity is achieved by the addition of 0.05 to 0.5 parts by weight of a mono- or di-carboxylic acid.
  • WO 94/20558 the viscosity and stability of the PIPA dispersions are improved by the use of a stabilizer.
  • the stabilizer itself is again a PIPA polyol.
  • PIPA polyols having a filler content of 30% by weight could be prepared in which the filler does not settle over time.
  • DE-A 198 11 471 describes a process for the preparation of stable dispersions. This is achieved by the addition of a monofunctional amine (such as di-N-butylamine).
  • a monofunctional amine such as di-N-butylamine
  • the comparative examples without di-N-butylamine could either not be processed as a flexible foam polyol or led to a very non-uniform foam structure.
  • US-A 4,293,470 is by the Addition of 0.1-1.0 wt.% Of a secondary amine such as dibutylamine avoided a change in the viscosity of the filled polyol and thus achieved an improved storage stability. '
  • Viscosity is known. According to US Pat. No. 4,093,569, more than 4% by weight (particularly preferably 10 to 25% by weight) of water is used. The disadvantage, however, is that the high water content must be removed before foaming. Other prior art documents therefore teach using lower levels of water. In US-A 4,497,913 about 0.1 to 0.5 wt .-% are
  • WO 2004/099281 describes the preparation of PIPA polyols having filler contents of 1-80% by weight from a short-chain polyol and an MDI-based isocyanate in the presence of 0.1-5% by weight of water ,
  • A-polyols tend to inhomogeneity (clumping or agglomeration) or instability (phase separation or viscosity change) and are therefore not suitable for the production of foams.
  • the object of the present invention is to provide PIP A polyols having improved homogeneity. It has now been found that an improvement in the homogeneity can be achieved by adding urea in the production of polyol.
  • the invention relates to a process for the preparation of polyisocyanate polyaddition polyols (PIPA polyols) in which polyisocyanates are reacted with amines or alkanolamines or mixtures thereof in a polyether polyol in the presence of urea and water.
  • PIPA polyols polyisocyanate polyaddition polyols
  • Toluene diisocyanate (TDI) is preferably used as the polyisocyanate in the process according to the invention, more preferably in the form of an isomer mixture containing 80% by weight of 2,4-TDI
  • the polyisocyanate is diphenylmethane diisocyanate (MDI) used in the form of monomeric MDI, mixtures of MDI and its higher homologues Ho ⁇ (polymeric MDI ”) or mixtures thereof.
  • MDI diphenylmethane diisocyanate
  • amines having primary, secondary or tertiary amino groups, preferably primary or secondary amino groups.
  • Aliphatic, cycloaliphatic or aromatic amines can be used.
  • suitable amines are N-methyl-1,3-propanediamine, phenylhydrazine, 1,12-diamino-4,9-dioxadecane, 1,2-propylenediamine and 1,3-propylenediamine, ⁇ -aminodiphenylmethane, N, N triamine dibenzylethylenediamine, amino-terminated polyols (such as Jeffamine ® from.
  • Preferred amines are l, 12-diamino-4,9-dioxadecane, 1,2 diamine, -Propy-, ⁇ -aminodiphenylmethane, N, N-dibenzylethylenediamine, difunctional polyoxypropylene lenamin having a number average molecular weight of 230 g / mol (Jeffamine ® D230), 3-dimethylamino-1-propylamine, diethylenetriamine.
  • Suitable alkanolamines for the process according to the invention are diethanolamine (DEOA), 3-amino-1-propanol, aminoethylethanolamine, aminoethanol and aminoethoxyethanol.
  • Diethanolamine, 3-amino-1-propanol or aminoethylethanolamine are preferred. Particular preference is given to using combinations of diethanolamine with other amines or alkanolamines.
  • the mixing ratio DEOA to further amines or alkanolamines is preferably 0.5: 1 to 5: 1.
  • the NH number of the mixtures is typically 400 to 700.
  • the different reactivities of primary and secondary NH groups are not taken into account here. It is assumed for the formulation calculation that the OH groups in alkanolamines do not react.
  • Suitable polyether polyols for the process according to the invention generally have an OH number of 28 to 56, an OH functionality of 2 to 4 and an ethylene oxide content of 15 to 20% by weight.
  • an aqueous urea solution is co-used.
  • the weight ratio of urea to water is generally 1: 1.
  • the solubility of urea in water at 2O 0 C is 1080 g / l, so that significantly concentrated solutions are not possible.
  • a more dilute solution can also lead to homogeneous dispersions. In this case, the quantities must be adjusted accordingly.
  • very dilute solutions are not of interest if their use means that the PIPA polyols made therewith would contain more than about 3 parts water, typically 3 parts of water are used in foaming and one additional step (distillation to remove excess water) is not desired.
  • an antioxidant can be added.
  • polyisocyanate and amines or alkanolamines are used in such a ratio that the ratio of the isocyanate groups to the isocyanate-reactive NH or NH 2 groups is 0.90 to 1.1, preferably 0.95 to 1.05, particularly preferred 1: 1.
  • the PIPA polyols prepared by the process according to the invention have filler contents of from 1 to 50% by weight, preferably from 10 to 20% by weight.
  • the erfmdungswashe process can be carried out by first polyether polyol, amines or alkanolamines, water and urea are mixed and then the polyisocyanate is added. Alternatively, all components can be mixed simultaneously in a mixing head.
  • the process according to the invention is generally carried out at room temperature.
  • the PIPA polyols prepared by the process according to the invention are notable for their particular homogeneity and can therefore be further processed advantageously into flexible polyurethane foams.
  • urea chemically participates in the reaction in such a way as to stabilize the dispersion.
  • a polymer usable for polyurethane flexible foams must be a stable dispersion of discrete polymer particles in a base polyether.
  • the filled polyol must also show good processing properties: The viscosity must be within an acceptable range, so that the filled polyol can be processed in conventional foam systems. Ideally, this filled polyol should also result in a foam with good cell opening: ie not too much cell opening, otherwise foam collapse occurs and not too little cell opening to avoid shrinkage or poor quality of the resulting foam. Examples
  • Polyether A trifunctional polyether polyol of OHZ 35 with an EO content of 17.5 wt .-%.
  • Desmodur ® T80 mixture of 2,4- and 2,6-TDI (80:20), having an NCO content of 48
  • Irganox ® 1135 antioxidant (Ciba Specialty Chemicals)
  • Irganox ® 68b antioxidant (Ciba Specialty Chemicals)
  • Tegostab ® B8681 polysiloxane-polyether-based foam stabilizer (Goldschmidt AG).
  • Niax ® Al bis (2-dimethylamino) ethyl ether in dipropylene glycol
  • Dabco ® 33-LV 33% triethylenediamine, 67% dipropylene glycol (Air Products).
  • Levagard PP tris (2-chloroisopropyl) phosphate (Rhein Chemie). Method for Examples 1-9
  • Polyether A the amines and / or alkanolamines and an aqueous urea solution (50 wt .-%) were placed in a mixing cup at room temperature. With a Pendraulik stirrer was stirred at -2400 U / min for two minutes. Desmodur ® T80 was added in one portion and stirred at -2400 U / min for another 2 minutes. Due to the exothermic nature of the reaction, the mixture warmed significantly. Once the dispersion was cooled to about 6O 0 C, was added Irganox ® 1135th
  • Polyether A the amines and / or alkanolamines and water were placed in a mixing cup at room temperature. With a Pendraulik stirrer was stirred at ⁇ 2400 U / min for two minutes. Desmodur ® T80 was added in one portion and stirred at ⁇ 2400 U / min for another 2 minutes. Due to the exothermic nature of the reaction, the mixture warmed significantly. Once the dispersion was cooled to about 6O 0 C, was added Irganox ® 1135th
  • the homogeneous PIPA dispersions 1-9 and 6a were used for the production of flexible foams (Examples 10-19):
  • the start time is the period from the beginning of the last mixing operation to a visually perceptible change or a significant increase in the volume of the reaction mixture.
  • the rise time is the time between start of mixing and maximum vertical foam expansion.
  • the bulk density is determined by determining the volume and mass of a test specimen.
  • the flow resistance (open-cell density) is determined by passing air through the test specimen and measuring the resistance of this air flow using a water column on a scale of 0 to 350 mm.
  • the apparatus used for this purpose consists of a glass cylinder provided with a millimeter graduation of 0 to 350, whose inner diameter is 36 mm, and an inner tube of 7 mm clear width. This inner tube ends at the top in a T-piece, to which the air supply is connected on one side and the hose with the measuring head on the other side.
  • the hose for the measuring head has an inner diameter of 12 mm and a length of 1.80 m.
  • the glass cylinder is closed at the bottom and can be filled with water via the funnel at the rear.
  • the tester is connected to a compressed air source via two taps, a pressure reducer and a hose of any length and diameter, with the pressure reducer set to approximately 2.0 bar.
  • the glass container is filled with distilled water until the lower meniscus edge reaches the H 2 O-hour mark.
  • cock 1 is turned on and the flow rate on the cock 2 changed until the lower meniscus edge of the inner column reaches the 0 mm mark and thus a pre-pressure of 100 mm water column is set.
  • the measuring head is placed on the sample without pressure and the height of the water column in the inner tube is read off. This is equal to the flow resistance of the sample.
  • Dispersions 1-9 made with the aqueous urea solution resulted in acceptable flexible foams.
  • Dispersion 6a, prepared without urea resulted in an unacceptable high shrink foam. This shows that the use of an aqueous urea solution in the preparation of the PIPA polyol not only leads to an improvement in the polyol homogeneity, but can also have a positive influence on the foaming.
  • Example 20 is directly comparable to Example 9.
  • the polyols used in Examples 20 and 9 are both homogeneous, but that
  • Example 20 results in foam collapse.
  • Example 21 also used a polyol with dibutyl tylzinndilaurat prepared as a catalyst. However, the corresponding filled polyol was not homogeneous.
  • Example 22 is a 10% PIPA prepared as in Example 9 except that in this case the PEPA polyol is made via a low pressure mixing head with a mechanical stirrer.
  • Comparative Example 23 a standard PIPA based on TEOA and with dibutyltin dilaurate catalysis was also prepared via a low-pressure mixing head with a mechanical stirrer. Both attempts resulted in stable PIPA polyols, which were foamed in Example 24 and Comparative Example 25 on a UBT unit. Although both products pass the Crib V fire test (mass loss ⁇ 60g and firing time ⁇ 10min), the mass loss and burn through time of the foams containing the PIPA polyols of the invention are lower in Example 24 than in Comparative Example 25. This shows that the Fire properties can be improved by optimizing the polyol combinations.

Abstract

The invention relates to a method for producing pyrrole-imidazole-polyamide (PIPA) polyols and the use thereof for producing polyurethane soft foam materials.

Description

Verfahren zur Herstellung von PIPA-PolvolenProcess for the preparation of PIPA polvolenes
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von PIPA-Polyolen und deren Verwendung zur Herstellung von Polyurethan-Weichschaumstoffen.The present invention describes a process for the preparation of PIPA polyols and their use for the production of flexible polyurethane foams.
PUR-Schaumstoffe werden durch Umsetzung von Polyisocyanaten und Verbindungen mit mindes- tens zwei reaktiven Wasserstoffatomen in Gegenwart von Treibmitteln und anderen Additiven erhalten. Eine Übersicht über die Herstellung von Polyurethanen ist im Kunststoff-Handbuch, Band VE, „Polyurethane", 3. Auflage, 1993, von Dr. G. Oertel (Carl Hanser Verlag) gegeben.PUR foams are obtained by reacting polyisocyanates and compounds having at least two reactive hydrogen atoms in the presence of blowing agents and other additives. An overview of the production of polyurethanes is given in Kunststoff-Handbuch, volume VE, "Polyurethane", 3rd edition, 1993, by Dr. G. Oertel (Carl Hanser Verlag).
Hochelastische HR-Schaumstoffe werden überwiegend mit Füllstoff-modifizerten Polyolen hergestellt. Unterschiedliche Arten gefüllter Polyether sind bekannt: Polymerpolyole (PMPOs), PoIy- hamstoff-Dispersionen (PHD-Polyole) und Polyisocyanat-Polyaddition-Polyole (PIPA-Polyole). PMPOs werden durch die radikalische Copolymerisation von Styrol und Acrylnitril in Polyolen (US-A 3,304,273 und US-A 3,823,201) erhalten, PHD-Polyole (US-A 4,093,569 und GB-A 1,501,172) werden durch die Polyadditionsreaktion von Hydrazinen oder Aminen mit Mono-, Dioder Polyisocyanaten in Polyolen hergestellt und PIPA-Polyole (,JPIP A-Process for the Future", K. Picken, Urethanes Technology, 1984, S. 23-24, GB-A 2 072 204) werden durch die Polyadditi- on von Polyisocyanaten und Alkanolaminen (Verbindungen mit mindestens einer Hydroxylgruppe und mindestens einer primären, sekundären oder tertiären Aminogruppe) in Polyetherpolyolen erhalten. In allen drei Fällen ist das Polyetherpolyol nahezu inert, aber die Reaktion eines geringen Anteils des Polyols mit dem Füllstoff stabilisiert die Dispersion.Highly elastic HR foams are produced predominantly with filler-modified polyols. Different types of filled polyethers are known: polymer polyols (PMPOs), polyurea dispersions (PHD polyols) and polyisocyanate polyaddition polyols (PIPA polyols). PMPOs are obtained by the radical copolymerization of styrene and acrylonitrile in polyols (US Pat. No. 3,304,273 and US Pat. No. 3,823,201). PHD polyols (US Pat. No. 4,093,569 and GB-A 1,501,172) are prepared by the polyaddition reaction of hydrazines or amines with mono- , Dioder polyisocyanates prepared in polyols and PIPA polyols ("JPIP A-Process for the Future", K. Picken, Urethanes Technology, 1984, pp 23-24, GB-A 2,072,204) by the polyaddition of Polyisocyanates and alkanolamines (compounds having at least one hydroxyl group and at least one primary, secondary or tertiary amino group) in polyether polyols In all three cases, the polyether polyol is nearly inert, but the reaction of a small proportion of the polyol with the filler stabilizes the dispersion.
Hochelastische Schaumstoffe sind nicht nur elastischer als Standardschaumstoffe sondern zeigen bessere Brandeigenschaften. Ein Ziel der Weichschaumhersteller ist die stetige Verbesserung der Brandeigenschaften der Schäume. Für verschiedene End-Anwendungen und in verschiedenen Ländern werden unterschiedliche Brandtests verwendet. Typische Beispiele sind „Califonia 117A", „California 117D", „Motor Vehicle Safety System 302" und ,3ritish Standard 5852 part 2, Crib V". Insbesondere kann der letztere Test meistens nur durch die Verwendung eines relative hohen anteils an teuren Flammschutzmitteln erreicht werden.Highly elastic foams are not only more elastic than standard foams but show better fire properties. One goal of the soft foam manufacturers is the continuous improvement of the fire properties of the foams. Different fire tests are used for different end applications and in different countries. Typical examples are "Califonia 117A", "California 117D", "Motor Vehicle Safety System 302" and "3ritish Standard 5852 part 2, Crib V". In particular, the latter test can usually only be achieved by using a relatively high proportion of expensive flame retardants.
Obwohl viele PIPA-Polyole und deren Schäume bekannt sind, werden weitere PIPA-Polyole noch entwickelt, um bestimmte Eigenschaften der Polyole und deren Schäume zu verbessern.Although many PIPA polyols and their foams are known, other PIPA polyols are still being developed to enhance certain properties of the polyols and their foams.
Die Stabilität und/oder die Viskosität von PIPA-Polyolen ist oft problematisch. In EP-A 129 977 werden gute PIPA-Polyole erhalten, wenn ein Dispergiermittel bei der Herstellung verwendet wird. Ohne das Dispergiermittel sind die Produkte grobe, hoch viskose oder feste Pasten. Ein Ziel vieler Entwicklungen ist die Erhöhung des Feststoff-Gehaltes, um die Eigenschaften der mit dem PIPA-Polyol hergestellten Schäume zu verbessern und die zu transportierende PIPA- Polyol-Menge zu verringern. Bei der Erhöhung des Füllstoffgehalts muss eine unakzeptable Steigerung der Viskosität vermieden werden. In EP-A 79 115 werden PIPA-Polyole mit 40-80 Gew.% Füllstoff beschrieben. Ein Teil des Isocyanats wird zurückbehalten und in einer späteren Stufe zugegeben. Wenn ein Polyol mit 50% Füllstoff hergestellt wird (Beispiel 3), ist das Verhältnis Triethanolamin zu TDI sehr wichtig: Mit 26,55 Teilen zu 23,45 Teilen wird ein Produkt erhalten, das auf einen Füllstoff-Gehalt von 10% verdünnt werden kann, während mit 23,08 Teilen zu 26,92 Teilen ein viskoses, klumpiges Produkt erhalten wird, welches bei Verdünnung auf einen Füll- stoffgehalt von 10% Aggregate bildet.The stability and / or viscosity of PIPA polyols is often problematic. In EP-A 129 977 good PIPA polyols are obtained when a dispersant is used in the preparation. Without the dispersant, the products are coarse, high viscosity or solid pastes. One goal of many developments is to increase the solids content to improve the properties of the foams made with the PIPA polyol and to reduce the amount of PIPA polyol to be transported. When increasing the filler content, an unacceptable increase in viscosity must be avoided. In EP-A 79 115 PIPA polyols are described with 40-80 wt.% Filler. A portion of the isocyanate is retained and added at a later stage. When a polyol is prepared with 50% filler (Example 3), the ratio of triethanolamine to TDI is very important: with 26.55 parts to 23.45 parts, a product is obtained which can be diluted to a filler content of 10% while with 23.08 parts to 26.92 parts a viscous, lumpy product is obtained which, when diluted to a filler content of 10%, forms aggregates.
In US-A 4,523,025 wird ein Polyamin im ersten Schritt mit Alkylenoxid reagiert und das Produkt aus dieser Reaktion mit einem Polyisocyanat in Gegenwart eines Polyols umgesetzt. Wird das Polyamin nicht zuerst mit dem Alkylenoxid reagiert, geliert das Reaktionsgemisch zu schnell, die Feststoffe setzten sich ab oder die Schäume sind von einer schlechteren Qualität. Der Nachteil dieser Methode ist, dass ein zusätzlicher Reaktionsschritt nötig ist.In US Pat. No. 4,523,025 a polyamine is reacted with alkylene oxide in the first step and the product from this reaction is reacted with a polyisocyanate in the presence of a polyol. If the polyamine does not first react with the alkylene oxide, the reaction mixture gels too fast, the solids settle or the foams are of poorer quality. The disadvantage of this method is that an additional reaction step is necessary.
In WO 94/12553 wird bei der Herstellung von PIPA-Polyolen mit einem Füllstoff-Gehalt von 25 - 70 % eine Reduzierung der Viskosität und eine Stabilisierung der Viskosität nach der Produktion (d.h. wenig oder keine Steigerung der Viskosität mit der Zeit) dadurch erreicht, dass dem Reaktionsgemisch aus Isocyanat und Olamin in einem zweiten Mischkopf ein zweites Olamin zuge- setzt wird. Ohne die Zugabe des zweiten Olamins geliert das Produkt. In US-A 5,179,131 wird die Stabilisierung der Viskosität durch die Zugabe von 0,05 bis 0,5 Gew.-Teilen einer Mono- oder Di- Carbonsäure erreicht.In WO 94/12553, in the preparation of PIPA polyols having a filler content of 25-70%, viscosity reduction and post-production viscosity stabilization (ie, little or no increase in viscosity over time) is achieved by a second olamine is added to the reaction mixture of isocyanate and olamine in a second mixing head. Without the addition of the second olamine, the product gels. In US Pat. No. 5,179,131, the stabilization of the viscosity is achieved by the addition of 0.05 to 0.5 parts by weight of a mono- or di-carboxylic acid.
In WO 94/20558 werden die Viskosität und die Stabilität der PIPA-Dispersionen durch die Nutzung eines Stabilisators verbessert. Der Stabilisator ist selbst wiederum ein PIPA-Polyol. Auf die- ser Art und Weise könnten PIPA-Polyole mit einem Füllstoff-Gehalt von 30 Gew.-% hergestellt werden, in denen sich der Füllstoff mit der Zeit nicht absetzt.In WO 94/20558 the viscosity and stability of the PIPA dispersions are improved by the use of a stabilizer. The stabilizer itself is again a PIPA polyol. In this way, PIPA polyols having a filler content of 30% by weight could be prepared in which the filler does not settle over time.
In WO 00/73364 wird beschrieben, dass die Stabilität (und Viskosität) von PBPA-Polyolen mit 30 - 80 % Füllstoff durch die Herstellung bei 60 bis 1000C und bei der Verwendung einer hohen Scherintensität verbessert werden können.In WO 00/73364 it is described that the stability (and viscosity) of PBPA-polyols containing 30 - 80% filler to a high shear intensity can be improved by the preparation at 60 to 100 0 C and in use.
DE-A 198 11 471 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung stabiler Dispersionen. Dies wird durch die Zugabe eines monofunktionellen Amins (wie z.B. Di-N-Butylamin) erreicht. Die Vergleichsbeispiele ohne Di-N-Butylamin konnten entweder nicht als Weichschaumpolyol verarbeitet werden oder führten zu einer sehr ungleichmäßigen Schaumstruktur. In US-A 4,293,470 wird durch die Zugabe von 0,1-1,0 Gew.% eines sekundären Amins wie Dibutylamin eine Änderung der Viskosität des gefüllten Polyols vermieden und damit eine verbesserte Lagerstabilität erreicht. 'DE-A 198 11 471 describes a process for the preparation of stable dispersions. This is achieved by the addition of a monofunctional amine (such as di-N-butylamine). The comparative examples without di-N-butylamine could either not be processed as a flexible foam polyol or led to a very non-uniform foam structure. In US-A 4,293,470 is by the Addition of 0.1-1.0 wt.% Of a secondary amine such as dibutylamine avoided a change in the viscosity of the filled polyol and thus achieved an improved storage stability. '
Die Verwendung von Wasser bei der Herstellung von PPA- oder PHD-Polyolen zur Reduktion derThe use of water in the production of PPA or PHD polyols for the reduction of
Viskosität ist bekannt. Gemäß US-A 4,093,569 wird über 4 Gew.-% (besonders bevorzugt 10 - 25 Gew.-%) Wasser eingesetzt. Der Nachteil ist jedoch, dass die hohen Wasser-Anteile vor der Verschäumung entfernt werden müssen. Andere Dokumente des Standes der Technik lehren daher, geringere Wasser-Anteile zu verwenden. In US-A 4,497,913 werden ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-%Viscosity is known. According to US Pat. No. 4,093,569, more than 4% by weight (particularly preferably 10 to 25% by weight) of water is used. The disadvantage, however, is that the high water content must be removed before foaming. Other prior art documents therefore teach using lower levels of water. In US-A 4,497,913 about 0.1 to 0.5 wt .-% are
Wasser bei der Herstellung eines gefüllten Polyols aus einem kurzkettigen Polyol und einem PoIy- isocyanat zugegeben. In WO 2004/099281 wird die Herstellung von PIPA-Polyolen mit Füllstoff- Gehalten von 1 - 80 Gew.-% aus einem kurzkettigen Polyol und einem auf MDI basierenden Iso- cyanat in Gegenwart von 0,1 - 5 Gew.-% Wasser beschrieben.Water in the production of a filled polyol from a short-chain polyol and a polyisocyanate added. WO 2004/099281 describes the preparation of PIPA polyols having filler contents of 1-80% by weight from a short-chain polyol and an MDI-based isocyanate in the presence of 0.1-5% by weight of water ,
Wie in WO 00/73364 beschrieben, führen viele der Verfahren zur Herstellung von PIPA-Polyolen zu Produkten mit einer hohen Viskosität, zu instabilen Produkten oder erzeugen in einer unkontrollierbaren Reaktion PP A-Polyole, die einen Schaumkollaps verursachen können.As described in WO 00/73364, many of the processes for preparing PIPA polyols result in products having a high viscosity, unstable products, or produce PP A polyols in an uncontrollable reaction that can cause foam collapse.
Aus dem Stand der Technik bekannte PD? A-Polyole neigen zur Inhomogenität (Klumpen- oder Agglomeratbildung) bzw. Instabilität (Phasenseparation oder Viskositätsänderung) und sind daher nicht zur Herstellung von Schaumstoffen geeignet.PD known from the prior art? A-polyols tend to inhomogeneity (clumping or agglomeration) or instability (phase separation or viscosity change) and are therefore not suitable for the production of foams.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, PIP A-Polyole mit verbesserter Homogenität bereitzustellen. Es wurde nun gefunden, dass durch Zusatz von Harnstoff bei der Polyolherstellung eine Verbesserung der Homogenität erreicht werden kann.The object of the present invention is to provide PIP A polyols having improved homogeneity. It has now been found that an improvement in the homogeneity can be achieved by adding urea in the production of polyol.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist PIP A-Polyole bereit zustellen, die zur Herstellung von Polyurethanweichschäumen verwendet werden können, wobei die Weichschäume ein verbessertes Brandverhalten bezüglich Massenverlust und Druchbrennzeit gemäß dem „British Standard 5822 part 2,Crib V" Brandtest aufweisen als herkömmliche PIP A-Polyole.It is another object of the present invention to provide PIP A polyols which can be used to make flexible polyurethane foams wherein the flexible foams have improved fire behavior in terms of mass loss and burn time according to the British Standard 5822 part 2, Crib V fire test than conventional PIP A-polyols.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyisocyanat-Polyadditions- Polyolen (PIPA-Polyolen), bei dem Polyisocyanate mit Aminen oder Alkanolaminen oder Mischungen davon in einem Polyetherpolyol in Gegenwart von Harnstoff und Wasser umgesetzt werden.The invention relates to a process for the preparation of polyisocyanate polyaddition polyols (PIPA polyols) in which polyisocyanates are reacted with amines or alkanolamines or mixtures thereof in a polyether polyol in the presence of urea and water.
Im erfmdungsgemäßen Verfahren wird als Polyisocyanat bevorzugt Toluylendiisocyanat (TDI) eingesetzt, besonders bevorzugt in Form eines Isomerengemisches, das 80 Gew.-% 2,4-TDI enthältToluene diisocyanate (TDI) is preferably used as the polyisocyanate in the process according to the invention, more preferably in the form of an isomer mixture containing 80% by weight of 2,4-TDI
(,TDI 80'). In einer anderen Ausführungsform wird als Polyisocyanat Diphenylmethandiisocyanat (MDI) verwendet in Form von monomerem MDI, Mischungen aus MDI und dessen höheren Ho¬ mologen (,polymeres MDI') oder Mischungen derselben.(, TDI 80 '). In another embodiment, the polyisocyanate is diphenylmethane diisocyanate (MDI) used in the form of monomeric MDI, mixtures of MDI and its higher homologues Ho ¬ (polymeric MDI ") or mixtures thereof.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können mono-, di- oder trifunktionelle Amine mit primären, sekundären oder tertiären Aminogruppen, bevorzugt primären oder sekundären Aminogruppen, eingesetzt werden. Es können aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Amine verwendet werden. Beispiele für geeignete Amine sind N-Methyl-l,3-propandiamin, Phenylhydrazin, 1,12- Diamino-4,9-dioxadecan, 1,2,- Propylendiamin-und 1 ,3-Propylendiamin, α-Aminodiphenylmethan, N,N-Dibenzylethylendiamin, aminoterminierte Polyole (z.B. Jeffamine® der Fa. Huntsman ICI), N,N-bis(3-aminopropyl)methylamin, Cyclohexylamin, 3-Dimethylamino-l-propylamin, Diethylen- triamin, Aminoethylpiperazin. Bevorzugte Amine sind l,12-Diamino-4,9-dioxadecan, 1,2,-Propy- lendiamin, α-Aminodiphenylmethan, N,N-Dibenzylethylendiamin, difunktionelles Polyoxypropy- lenamin mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 230 g/mol (Jeffamine® D230), 3-Dimethylamino-l -propylamin, Diethylentriamin.In the process according to the invention, it is possible to use mono-, di- or trifunctional amines having primary, secondary or tertiary amino groups, preferably primary or secondary amino groups. Aliphatic, cycloaliphatic or aromatic amines can be used. Examples of suitable amines are N-methyl-1,3-propanediamine, phenylhydrazine, 1,12-diamino-4,9-dioxadecane, 1,2-propylenediamine and 1,3-propylenediamine, α-aminodiphenylmethane, N, N triamine dibenzylethylenediamine, amino-terminated polyols (such as Jeffamine ® from. Huntsman ICI), N, N-bis (3-aminopropyl) methylamine, cyclohexylamine, 3-dimethylamino-l-propylamine, diethylene, aminoethylpiperazine. Preferred amines are l, 12-diamino-4,9-dioxadecane, 1,2 diamine, -Propy-, α-aminodiphenylmethane, N, N-dibenzylethylenediamine, difunctional polyoxypropylene lenamin having a number average molecular weight of 230 g / mol (Jeffamine ® D230), 3-dimethylamino-1-propylamine, diethylenetriamine.
Geeignete Alkanolamine für das erfindungsgemäße Verfahren sind Diethanolamin (DEOA), 3-Amino-l-propanol, Aminoethylethanolamin, Aminoethanol und Aminoethoxyethanol. Bevorzugt sind Diethanolamin, 3-Amino-l-propanol oder Aminoethylethanolamin. Besonders bevorzugt werden Kombinationen von Diethanolamin mit anderen Aminen oder Alkanolaminen eingesetzt. Bevorzugt beträgt das Mischungsverhältnis DEOA zu weiteren Aminen oder Alkanolaminen 0,5:1 bis 5:1. Die NH-Zahl der Gemische beträgt typischerweise 400 bis 700. Die unterschiedlichen Reakti- vitäten von primären und sekundären NH-Gruppen werden hierbei nicht berücksichtigt. Es wird für die Rezepturberechnung davon ausgegangen, dass die OH-Gruppen in Alkanolaminen nicht reagieren.Suitable alkanolamines for the process according to the invention are diethanolamine (DEOA), 3-amino-1-propanol, aminoethylethanolamine, aminoethanol and aminoethoxyethanol. Diethanolamine, 3-amino-1-propanol or aminoethylethanolamine are preferred. Particular preference is given to using combinations of diethanolamine with other amines or alkanolamines. The mixing ratio DEOA to further amines or alkanolamines is preferably 0.5: 1 to 5: 1. The NH number of the mixtures is typically 400 to 700. The different reactivities of primary and secondary NH groups are not taken into account here. It is assumed for the formulation calculation that the OH groups in alkanolamines do not react.
Geeignete Polyetherpolyole für das erfindungsgemäße Verfahren weisen in der Regel eine OH-Zahl von 28 bis 56, eine OH-Funktionalität von 2 bis 4 und einen Ethylenoxidgehalt von 15 - 20 Gew.-% auf.Suitable polyether polyols for the process according to the invention generally have an OH number of 28 to 56, an OH functionality of 2 to 4 and an ethylene oxide content of 15 to 20% by weight.
Beim erfϊndungsgemäßen Verfahren wird eine wässrige Harnstoff-Lösung mitverwendet. Das Gewichtsverhältnis von Harnstoff zu Wasser beträgt in der Regel 1 : 1. Die Löslichkeit von Harnstoff in Wasser bei 2O0C beträgt 1080g/l, so dass deutlich konzentrierte Lösungen nicht möglich sind. Insgesamt werden 0,5 bis 5 Gew.-Teile, bevorzugt 1 bis 2 Gewichtsteile, bezogen auf die gesamte Rezeptur, der wässrigen Harnstoff-Lösung mit verwendet. Eine verdünntere Lösung kann ebenfalls zu homogenen Dispersionen führen. In diesem Fall müssen die Mengen entsprechend angepasst werden. Sehr verdünnte Lösungen sind jedoch nicht von Interesse, wenn deren Verwendung bedeutet, dass die damit hergestellten PIPA-Polyole mehr als ca. 3 Teile Wasser enthalten würden, denn typischerweise werden bei der Verschäumung 3 Teile Wasser verwendet und ein zusätzlicher Schritt (Destillation zur Entfernung des Wasserüberschusses) ist nicht erwünscht.In the method according to the invention, an aqueous urea solution is co-used. The weight ratio of urea to water is generally 1: 1. The solubility of urea in water at 2O 0 C is 1080 g / l, so that significantly concentrated solutions are not possible. A total of 0.5 to 5 parts by weight, preferably 1 to 2 parts by weight, based on the total formulation, of the aqueous urea solution with used. A more dilute solution can also lead to homogeneous dispersions. In this case, the quantities must be adjusted accordingly. However, very dilute solutions are not of interest if their use means that the PIPA polyols made therewith would contain more than about 3 parts water, typically 3 parts of water are used in foaming and one additional step (distillation to remove excess water) is not desired.
Gegebenfalls können 0,1 bis 2,0 Gew. -Teile, bezogen auf die gesamte Rezeptur, eines Antioxidans zugegeben werden.Optionally, 0.1 to 2.0 parts by weight, based on the total formulation, of an antioxidant can be added.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden Polyisocyanat und Amine bzw. Alkanolamine in solchem Verhältnis eingesetzt, dass das Verhältnis der Isocyanatgruppen zu den gegenüber Isocyanat reaktiven NH oder NH2-Gruppen 0,90 bis 1,1, bevorzugt 0,95 bis 1,05, besonders bevorzugt 1 :1 beträgt. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten PIPA-Polyole weisen Füllstoffgehalte von 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%, auf.In the process according to the invention, polyisocyanate and amines or alkanolamines are used in such a ratio that the ratio of the isocyanate groups to the isocyanate-reactive NH or NH 2 groups is 0.90 to 1.1, preferably 0.95 to 1.05, particularly preferred 1: 1. The PIPA polyols prepared by the process according to the invention have filler contents of from 1 to 50% by weight, preferably from 10 to 20% by weight.
Das erfmdungsgemäße Verfahren kann durchgeführt werden, indem zunächst Polyetherpolyol, Amine bzw. Alkanolamine, Wasser und Harnstoff vermischt werden und anschließend das Polyisocyanat zugegeben wird. Alternativ können auch alle Komponenten gleichzeitig in einem Mischkopf vermischt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Regel bei Raumtemperatur durchgeführt.The erfmdungsgemäße process can be carried out by first polyether polyol, amines or alkanolamines, water and urea are mixed and then the polyisocyanate is added. Alternatively, all components can be mixed simultaneously in a mixing head. The process according to the invention is generally carried out at room temperature.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten PIPA-Polyole zeichnen sich durch besondere Homogenität aus und lassen sich daher vorteilhaft zu Polyurethan- Weichschäumen weiterverarbeiten.The PIPA polyols prepared by the process according to the invention are notable for their particular homogeneity and can therefore be further processed advantageously into flexible polyurethane foams.
Es wird angenommen, dass Harnstoff chemisch an der Reaktion teilnimmt und zwar in einer solchen Weise, dass er die Dispersion stabilisiert. Wie in WO 94/20558 beschrieben, muss ein für Polyurethan- Weichschäume nutzbares Polymer Polyol eine stabile Dispersion von diskreten Polymerpartikeln in einem Basis-Polyether sein. Das gefüllte Polyol muss auch gute Verarbeitungseigenschaften zeigen: Die Viskosität muss in einem akzeptablen Bereich liegen, so dass das gefüllte Polyol in konventionellen Schaumanlagen bearbeitet werden kann. Idealerweise soll dieses gefüllte Polyol auch zu einem Schaum mit guter Zellöffnung führen: d.h. nicht zu viel Zellöffhung, weil sonst Schaumkollaps auftritt und nicht zu wenig Zellöffnung um einen Schrumpf oder eine schlechte Qualität des daraus resultierenden Schaums zu vermeiden. BeispieleIt is believed that urea chemically participates in the reaction in such a way as to stabilize the dispersion. As described in WO 94/20558, a polymer usable for polyurethane flexible foams must be a stable dispersion of discrete polymer particles in a base polyether. The filled polyol must also show good processing properties: The viscosity must be within an acceptable range, so that the filled polyol can be processed in conventional foam systems. Ideally, this filled polyol should also result in a foam with good cell opening: ie not too much cell opening, otherwise foam collapse occurs and not too little cell opening to avoid shrinkage or poor quality of the resulting foam. Examples
Soweit nicht anders angegeben, bedeuten in den Tabellen Teile immer Gewichtsteile und Prozentangaben Gewichtsprozent. Die Viskositäten der PIPA-Polyole wurden mit einem Rotationsvisko- simeter „Rheostress RS75" der Fa. Haake bei einer Schergeschwindigkeit von 50/s bei 25°C ge- messen. Zur Bestimmung der Hydroxylzahl (OHZ) wurde eine Probe des Polyols in Pyridin bei Raumtemperatur mit einem Überschuss an Essigsäureanhydrid unter 4-Dimethylaminopyridin- Katalyse umgesetzt. Der Überschuss Essigsäureanhydrid wurde mit Wasser verseift und die entstandene Essigsäure mit Natronlauge titriert. Der Gesamt-Basengehalt wurde durch potentiometri- sche Titration gemessen: Die basischen Bestandteile einer in Essigsäure gelösten Probe wurden mit Perchlorsäure potentiometrisch titriert.Unless otherwise stated, in the tables parts always parts by weight and percentages by weight. The viscosities of the PIPA polyols were measured with a rotary viscometer "Rheostress RS75" from Haake at a shear rate of 50 / s at 25 ° C. To determine the hydroxyl number (OH), a sample of the polyol in pyridine was added The excess acetic anhydride was saponified with water and the resulting acetic acid was titrated with sodium hydroxide solution The total base content was measured by potentiometric titration: the basic constituents of a sample dissolved in acetic acid titrated potentiometrically with perchloric acid.
Folgende Produkte werden in den Beispielen verwendet:The following products are used in the examples:
Polyether A: trifunktionelles Polyetherpolyol der OHZ 35 mit einem EO-Gehalt von 17,5 Gew.-%.Polyether A: trifunctional polyether polyol of OHZ 35 with an EO content of 17.5 wt .-%.
DEOA DiethanolaminDEOA Diethanolamine
Desmodur® T80: Gemisch aus 2,4- und 2,6-TDI (80:20) mit einem NCO-Gehalt von 48Desmodur ® T80: mixture of 2,4- and 2,6-TDI (80:20), having an NCO content of 48
Gew.-%.Wt .-%.
Irganox® 1135: Antioxidans (Ciba Speciality Chemicals)Irganox ® 1135: antioxidant (Ciba Specialty Chemicals)
Irganox® 68b: Antioxidans (Ciba Speciality Chemicals)Irganox ® 68b: antioxidant (Ciba Specialty Chemicals)
Jeffamine® D230: Polyoxypropylenamin, MG = 230, (Huntsmann ICI).Jeffamine ® D230: Polyoxypropylenamine, MW = 230 (Huntsman ICI).
Tegostab® B8681 : Schaumstabilisator auf Polysiloxan-Polyether-Basis (Goldschmidt AG).Tegostab ® B8681: polysiloxane-polyether-based foam stabilizer (Goldschmidt AG).
Niax® Al : Bis(2-dimethylamino)ethylether in DipropylenglycolNiax ® Al: bis (2-dimethylamino) ethyl ether in dipropylene glycol
(GE Speciality Chemicals).(GE Specialty Chemicals).
Dabco® 33-LV: 33% Triethylendiamin, 67% Dipropylenglycol (Air Products).Dabco ® 33-LV: 33% triethylenediamine, 67% dipropylene glycol (Air Products).
Desmorapid® SO: Zinn 2-Ethylhexanoat (Rhein Chemie)Desmorapid ® SO: tin 2-ethylhexanoate (Rhein Chemie)
Levagard PP: Tris(2-chloroisopropyl)phosphat (Rhein Chemie). Verfahren für Beispiele 1- 9Levagard PP: tris (2-chloroisopropyl) phosphate (Rhein Chemie). Method for Examples 1-9
Polyether A, die Amine und/oder Alkanolamine und eine wässrige Harnstoff-Lösung (50 Gew.-%) wurden in einem Mischbecher bei Raumtemperatur vorgelegt. Mit einem Pendraulik-Rührer wurde bei -2400 U/min zwei Minuten gerührt. Desmodur® T80 wurde in einer Portion zugegeben und bei -2400 U/min weitere 2 Minuten gerührt. Aufgrund der Exothermie der Reaktion, erwärmte sich die Mischung deutlich. Sobald die Dispersion auf ca. 6O0C abgekühlt war, wurde Irganox® 1135 zugegeben.Polyether A, the amines and / or alkanolamines and an aqueous urea solution (50 wt .-%) were placed in a mixing cup at room temperature. With a Pendraulik stirrer was stirred at -2400 U / min for two minutes. Desmodur ® T80 was added in one portion and stirred at -2400 U / min for another 2 minutes. Due to the exothermic nature of the reaction, the mixture warmed significantly. Once the dispersion was cooled to about 6O 0 C, was added Irganox ® 1135th
Alle PEPA-Dispersionen 1 - 9 waren homogen und wiesen Viskositäten zwischen 1800 und 4500 mPa-s (bei 250C) auf. In den Vergleichsbeispielen la-9a wurde die PIPA-Herstellung ohne Harnstoff durchgeführt: Anstelle der wässrigen Hamstoff-Lösung wurde nur Wasser verwendet. Nur im Fall von "6a wurde eine homogene PEPA-Dispersion erhalten.All PEPA dispersions 1 - 9 were homogeneous and had viscosities between 1800 and 4500 mPa · s (at 25 ° C.). In Comparative Examples la-9a, PIPA production was carried out without urea: Instead of the aqueous urea solution, only water was used. Only in the case of " 6a was a homogeneous PEPA dispersion obtained.
Verfahren für Vergleichsbeispiele Ia - 9aProcess for Comparative Examples Ia - 9a
Polyether A, die Amine und/oder Alkanolamine und Wasser wurden in einem Mischbecher bei Raumtemperatur vorgelegt. Mit einem Pendraulik-Rührer wurde bei ~2400 U/min zwei Minuten gerührt. Desmodur® T80 wurde in einer Portion zugegeben und bei ~2400 U/min weitere 2 Minuten gerührt. Aufgrund der Exothermie der Reaktion, erwärmte sich die Mischung deutlich. Sobald die Dispersion auf ca. 6O0C abgekühlt war, wurde Irganox® 1135 zugegeben.Polyether A, the amines and / or alkanolamines and water were placed in a mixing cup at room temperature. With a Pendraulik stirrer was stirred at ~ 2400 U / min for two minutes. Desmodur ® T80 was added in one portion and stirred at ~ 2400 U / min for another 2 minutes. Due to the exothermic nature of the reaction, the mixture warmed significantly. Once the dispersion was cooled to about 6O 0 C, was added Irganox ® 1135th
In den Vergleichsbeispielen lb-9b wurde die PIPA-Herstellung ohne Harnstoff und ohne Wasser durchgeführt. Alle Polyole waren inhomogen. In Comparative Examples 1b-9b, PIPA production was performed without urea and without water. All polyols were inhomogeneous.
Verfahren für Vergleichsbeispiele Ib - 9Erstelldatum 05.07.2006 10:00 bMethod for Comparative Examples Ib - 9Current Date 05.07.2006 10:00 b
Polyether A und die Amine und/oder Alkanolamine wurden in einem Mischbecher bei Raumtem- peratur vorgelegt. Mit einem Pendraulik-Rührer wurde bei ~2400 U/min zwei Minuten gerührt. Desmodur® T80 wurde in einer Portion zugegeben und bei ~2400 U/min weitere 2 Minuten gerührt. Aufgrund der Exothermie der Reaktion, erwärmte sich die Mischung deutlich. Sobald die Dispersion auf ca. 6O0C abgekühlt war, wurde Irganox® 1135 zugegeben.Polyether A and the amines and / or alkanolamines were initially charged in a mixing cup at room temperature. With a Pendraulik stirrer was stirred at ~ 2400 U / min for two minutes. Desmodur ® T80 was added in one portion and stirred at ~ 2400 U / min for another 2 minutes. Due to the exothermic nature of the reaction, the mixture warmed significantly. Once the dispersion was cooled to about 6O 0 C, was added Irganox ® 1135th
Die homogenen PIPA-Dispersionen 1-9 und 6a wurden zur Herstellung von Weichschaumstoffen eingesetzt (Beispiele 10-19): The homogeneous PIPA dispersions 1-9 and 6a were used for the production of flexible foams (Examples 10-19):
Beispiele 10-19Examples 10-19
100 Teile der PIPA-Polyol-Dispersionen wurden mit Wasser, Tegostab® B8681 , DEOA, Niax® Al und Dabco® 33-LV für 20 s gerührt. Nach Zugabe von Desmorapid® SO wurde das Gemisch weitere 10 s gerührt. Anschließend wurde Desmodur® T80 zugegeben und 8 bis 13 s (je nach Startzeit) gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde in eine Form gegossen. Der Schaum wurde nach Ende der100 parts of the PIPA polyol dispersions were stirred with water, Tegostab ® B8681, DEOA, Niax ® Al and Dabco 33-LV ® for 20 s. After addition of Desmorapid SO ®, the mixture was stirred for a further 10 s. Subsequently Desmodur ® T80 was added and stirred for 8 to 13 s (depending on the start time). The reaction mixture was poured into a mold. The foam was after the end of the
Steigzeit 20 Minuten bei 100-1200C ausgeheizt.Rising time 20 minutes at 100-120 0 C baked.
Die Startzeit ist der Zeitraum vom Beginn des letzten Mischvorganges bis zu einer optisch wahrnehmbaren Veränderung oder eines deutlichen Anstiegs des Volumens des Reaktionsgemisches. The start time is the period from the beginning of the last mixing operation to a visually perceptible change or a significant increase in the volume of the reaction mixture.
Die Steigzeit ist die Zeitspanne zwischen Vermischungsbeginn und maximaler vertikaler Schaumausdehnung. Die Rohdichte wird durch die Bestimmung von Volumen und Masse eines Probekörpers ermittelt.The rise time is the time between start of mixing and maximum vertical foam expansion. The bulk density is determined by determining the volume and mass of a test specimen.
Der Strömungswiderstand (Offenzelligkeit) wird bestimmt, indem der Prüfkörper mit Luft durchströmt und der Widerstand dieses Luftstroms mit Hilfe einer Wassersäule auf einer Skala von 0 bis 350 mm gemessen wird. Die dazu verwendete Apparatur besteht aus einem mit einer Millimetereinteilung von 0 bis 350 versehenen Glaszylinder, dessen Innendurchmesser 36 mm beträgt, und einem Innenrohr von 7 mm lichter Weite. Dieses Innenrohr endet oben in einem T-Stück, an das an der einen Seite die Luftzufuhr und an der anderen Seite der Schlauch mit dem Messkopf angeschlossen wird. Der Schlauch für den Messkopf besitzt einen Innendurchmesser von 12 mm und eine Länge von 1,80 m. Der Glaszylinder ist nach unten geschlossen und kann über den nach hinten angebrachten Trichter mit Wasser gefüllt werden. Das Prüfgerät wird über zwei Hähne, einen Druckminderer und einen Schlauch von beliebiger Länge und beliebigem Durchmesser an eine Druckluftquelle angeschlossen, wobei der Druckminderer auf ca. 2,0 bar eingestellt wird. Der Glasbehälter wird mit destilliertem Wasser befüllt, bis der untere Meniskusrand die H2O-Std.- Marke erreicht. Dann wird Hahn 1 aufgedreht und die Strömungsgeschwindigkeit am Hahn 2 so lange verändert, bis der untere Meniskusrand der Innensäule die 0 mm-Marke erreicht und damit ein Vordruck von 100 mm Wassersäule eingestellt ist. Nach der Einstellung des Vordrucks wird der Messkopf ohne Druck auf die Probe gesetzt und es wird die sich im Innenrohr einstellende Höhe der Wassersäule abgelesen. Diese ist gleich dem Strömungswiderstand der Probe.The flow resistance (open-cell density) is determined by passing air through the test specimen and measuring the resistance of this air flow using a water column on a scale of 0 to 350 mm. The apparatus used for this purpose consists of a glass cylinder provided with a millimeter graduation of 0 to 350, whose inner diameter is 36 mm, and an inner tube of 7 mm clear width. This inner tube ends at the top in a T-piece, to which the air supply is connected on one side and the hose with the measuring head on the other side. The hose for the measuring head has an inner diameter of 12 mm and a length of 1.80 m. The glass cylinder is closed at the bottom and can be filled with water via the funnel at the rear. The tester is connected to a compressed air source via two taps, a pressure reducer and a hose of any length and diameter, with the pressure reducer set to approximately 2.0 bar. The glass container is filled with distilled water until the lower meniscus edge reaches the H 2 O-hour mark. Then cock 1 is turned on and the flow rate on the cock 2 changed until the lower meniscus edge of the inner column reaches the 0 mm mark and thus a pre-pressure of 100 mm water column is set. After setting the pre-pressure, the measuring head is placed on the sample without pressure and the height of the water column in the inner tube is read off. This is equal to the flow resistance of the sample.
Dispersionen 1-9, die mit der wässrigen Harnstoff Lösung hergestellt wurden, führten zu akzeptablen Weichschaumstoffen. Dispersion 6a, die ohne Harnstoff hergestellt wurde, führte zu einem inakzeptablen Schaum mit starkem Schrumpf. Dies zeigt, dass die Verwendung einer wässrigen Harnstoff-Lösung bei der Herstellung des PIPA-Polyols nicht nur zu einer Verbesserung der PoIy- ol-Homogenität führt, sondern auch einen positiven Einfluss auf die Verschäumung haben kann.Dispersions 1-9 made with the aqueous urea solution resulted in acceptable flexible foams. Dispersion 6a, prepared without urea, resulted in an unacceptable high shrink foam. This shows that the use of an aqueous urea solution in the preparation of the PIPA polyol not only leads to an improvement in the polyol homogeneity, but can also have a positive influence on the foaming.
Vergleichsbeispiele 20-21Comparative Examples 20-21
In den Vergleichsbeispielen 20 und 21 wurde das gefüllte Polyol mit dem Katalysator Dibutyl- zinndilaurat und ohne wässrige Hamstoff-Lösung hergestellt. Beispiel 20 ist direkt vergleichbar mit Beispiel 9. Die in den Beispielen 20 und 9 eingesetzten Polyole sind beide homogen, aber dasIn Comparative Examples 20 and 21, the filled polyol was prepared with the catalyst dibutyltin dilaurate and without aqueous urea solution. Example 20 is directly comparable to Example 9. The polyols used in Examples 20 and 9 are both homogeneous, but that
Polyol in Beispiel 20 führt zu Schaumkollaps. In Beispiel 21 wurde ebenfalls ein Polyol mit Dibu- tylzinndilaurat als Katalysator hergestellt. Das entsprechende gefüllte Polyol war jedoch nicht homogen.Polyol in Example 20 results in foam collapse. Example 21 also used a polyol with dibutyl tylzinndilaurat prepared as a catalyst. However, the corresponding filled polyol was not homogeneous.
Beispiele 22 und 24 und Vergleichsbeispiele 23 und 25Examples 22 and 24 and Comparative Examples 23 and 25
Beispiel 22 ist ein 10%-ige PIPA hergestellt wie in Beispiel 9, nur das in diesem Fall das PEPA- Polyol über einen Niederdruck-Mischkopf mit mechanischem Rührer hergestellt wird. Im Vergleichsbeispiel 23 wurde ein Standard PIPA auf TEOA-Basis und mit Dibutylzinndilaurat- Katalyse auch über einen Niederdruck-Mischkopf mit mechanischem Rührer hergestellt. Beide Versuche fürhten zu stabilen PIPA-Polyolen, die in Beispiel 24 und Vergleichsbeispiel 25 auf einer UBT-Anlage geschäumt wurden. Obwohl beide Produkte den „Crib V" Brandtest bestehen (Massenverlust <60g und Brennzeit < 10 min), sind der Massenverlust und die Durchbrennzeit bei den Schäumen mit den erfϊndungsgemäßen PIPA-Polyolen in Beispiel 24 kleiner als im Vergleichsbeispiel 25. Dies zeigt, dass die Brandeigenschaften durch Optimierung der Polyol- Kombinationen verbessert werden können.Example 22 is a 10% PIPA prepared as in Example 9 except that in this case the PEPA polyol is made via a low pressure mixing head with a mechanical stirrer. In Comparative Example 23, a standard PIPA based on TEOA and with dibutyltin dilaurate catalysis was also prepared via a low-pressure mixing head with a mechanical stirrer. Both attempts resulted in stable PIPA polyols, which were foamed in Example 24 and Comparative Example 25 on a UBT unit. Although both products pass the Crib V fire test (mass loss <60g and firing time <10min), the mass loss and burn through time of the foams containing the PIPA polyols of the invention are lower in Example 24 than in Comparative Example 25. This shows that the Fire properties can be improved by optimizing the polyol combinations.
* Doppelbestimmung * Double determination

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Polyisocyanat-Polyadditions-Polyolen (PIPA-Polyolen), bei dem Polyisocyanate mit Aminen oder Alkanolaminen in einem Polyetherpolyol in Gegenwart von Harnstoff und Wasser umgesetzt werden.A process for the preparation of polyisocyanate polyaddition polyols (PIPA polyols) in which polyisocyanates are reacted with amines or alkanolamines in a polyether polyol in the presence of urea and water.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem als Polyisocyanat ein Isomerengemisch von Toluy- lendiisocyanat (TDI) eingesetzt wird, das 80 Gew.-% 2,4-TDI enthält.2. The method according to claim 1, wherein the polyisocyanate used is a mixture of isomers of toluene diisocyanate (TDI) containing 80 wt .-% 2,4-TDI.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem als Alkanolamin Diethanolamin, 3-Amino-l- propanol oder Aminoethylethanolamin eingesetzt werden.3. The method according to claim 1 or 2, are used in the alkanolamine as diethanolamine, 3-amino-l-propanol or aminoethyl ethanolamine.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Mischungen von Diethanolamin mit Aminen oder Alkanolaminen eingesetzt werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, are used in the mixtures of diethanolamine with amines or alkanolamines.
5. PIPA-Polyole, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.5. PIPA polyols obtainable by a process according to any one of claims 1 to 4.
6. Verwendung von PEPA-Polyolen gemäß Anspruch 5 zur Herstellung von Polyurethan- Weichschaumstoffen. 6. Use of PEPA polyols according to claim 5 for the production of flexible polyurethane foams.
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