EP3820923A1 - Reaktionssystem für einen 1-k polyurethan-hartschaumstoff - Google Patents

Reaktionssystem für einen 1-k polyurethan-hartschaumstoff

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EP3820923A1
EP3820923A1 EP19735573.8A EP19735573A EP3820923A1 EP 3820923 A1 EP3820923 A1 EP 3820923A1 EP 19735573 A EP19735573 A EP 19735573A EP 3820923 A1 EP3820923 A1 EP 3820923A1
Authority
EP
European Patent Office
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component
weight
reaction system
isocyanate
reactive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19735573.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhard Albers
Marion FROMMONT
Patrick KLASEN
Erhard Michels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covestro Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Covestro Intellectual Property GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Covestro Intellectual Property GmbH and Co KG filed Critical Covestro Intellectual Property GmbH and Co KG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C08J2375/04—Polyurethanes
    • C08J2375/08—Polyurethanes from polyethers

Definitions

  • the present invention relates to a one-component reaction system (also called 1-component reaction system) containing polyether carbonate polyol for the production of rigid polyurethane foams (also called rigid PU foams), and to processes for the production thereof and their use.
  • the invention also relates to the rigid polyurethane foams produced from the one-component reaction system according to the invention.
  • CCk-based raw materials for example in the form of polyether carbonate polyols, in relatively large quantities.
  • the production of polyether carbonate polyols by catalytic conversion of alkylene oxides (epoxides) and carbon dioxide in the presence of H-functional starter compounds (“starters”) has been intensively investigated for more than 40 years (e.g. Inoue et al, Copolymerization of Carbon Dioxide and Epoxides with Organometallic Com pounds; Die Makromolekulare Chemie 130, 210-220, 1969).
  • a prepolymer containing isocyanate groups is produced by reacting a polyol component with the addition of foam stabilizers and catalysts and, if appropriate, plasticizers, flame retardants, crosslinking agents and other additives with organic di- and / or polyisocyanates. This reaction normally takes place in the presence of blowing agents in a pressure vessel.
  • the polyurethane foam can then be dispensed in a metered manner via a valve.
  • the polyurethane foam first has a creamy consistency and then hardens by exposure to ambient humidity, for example from the air with a volume increase.
  • Such foams are therefore referred to as one-component foams (1-component foams).
  • the foam e.g. To obtain hardness or cell quality, a significant excess of the isocyanate is used compared to the polyol component. In this way, the so-called pre-extension and thus the molecular weight distribution of the prepolymer is regulated. The lower the pre-extension of the prepolymer, the narrower the molecular weight distribution and the more precisely adjustable the end properties of the cured PUR foam are.
  • IC foams A large area of application for IC foams is the construction industry, in which rigid PU foams with good dimensional stability (low swelling or shrinkage) are desired. Rigid PUR foams with little swelling or shrinkage are characterized by the fact that foamed components have to be reworked less in a further work step (e.g. by cutting). There is also the risk that foamed components will change their geometry due to excessive swelling or shrinkage of the foam. In addition, foams with less swelling or shrinkage can be metered better.
  • WO 2011/138274 A1 discloses prepolymers which are obtained by reacting polyisocyanates and polyether carbonate diols. These prepolymers can be used to e.g. to produce one-component coatings with improved hardness.
  • WO 2011/138274 A1 does not disclose a one-component reaction system which leads to rigid polyurethane foams and thus also has no effect on the dimensional stability of rigid polyurethane foams from one-component reaction systems.
  • the object of the present invention was to provide an IC polyurethane formulation which provides rigid polyurethane foams which can be easily discharged and at the same time are solid after curing and which have good dimensional stability.
  • This object was surprisingly achieved by the one-component reaction system according to the invention for the production of rigid polyurethane foams, comprising the following constituents:
  • the invention further relates to a method for producing a one-component reaction system, a method for producing rigid polyurethane foams from a one-component reaction system, a rigid polyurethane foam obtainable from a one-component reaction system, the use of a one-component reaction system as a one-component assembly foam (also called lK assembly foam), as well as a pressure vessel containing a one-component reaction system and a blowing agent.
  • a one-component assembly foam also called lK assembly foam
  • the equivalent weight indicates the ratio of the number average molecular weight and the functionality of the isocyanate-reactive component.
  • the details of the equivalent weight for mixtures are calculated from the equivalent weights of the individual components in their molar proportions and relate to the number-average equivalent weight of the mixture.
  • “molecular weight” or “molecular weight” means the number-weighted average molecular weight.
  • the key figure (index) gives the percentage ratio of the amount of isocyanate actually used to the stoichiometric, i.e. amount of isocyanate group (NCO) amount calculated for the conversion of the OH equivalents.
  • Aromatic polyisocyanates are used as organic polyisocyanate component A) in a proportion of 90 to 100% by weight, preferably 95 to 100% by weight, particularly preferably 98 to 100% by weight, based on the total weight of A).
  • TDI 2,4- or 2,6-tolylene diisocyanate
  • 1,5-naphthylene diisocyanate 2,2'- or 2,4'- or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate
  • 2,2'- or 2,4'- or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate diomeric MDI
  • polymeric MDI polymeric MDI
  • 1,3- or l 4-bis (2-isocyanato-prop-2-yl) benzene
  • TMXDI 2-bis (2-isocyanato-prop-2-yl) benzene
  • XDI 3-bis (isocyanatomethyl) benzene
  • other aromatic organic polyisocyanates from the polyurethane
  • the organic polyisocyanate component A) preferably contains at least 80% by weight, particularly preferably at least 85% by weight and particularly preferably at least 95% by weight, based on the total weight of A), of monomeric and / or polymeric MDI.
  • the organic polyisocyanate component contains
  • organic polyisocyanate component A) in the one-component reaction system is preferably 30 to 80% by weight, particularly preferably 35 to 75% by weight, particularly preferably 40 to 70% by weight, in each case based on A) +
  • the isocyanate-reactive component B) is such a component whose isocyanate-reactive functional groups are exclusively those with at least one Zerewitin-off-reactive hydrogen atom.
  • the isocyanate-reactive component B) contains at least one polyether carbonate polyol in a proportion of at least 15% by weight, preferably at least 18% by weight, particularly preferably at least 20% by weight, particularly preferably at least 22% by weight, based on the total the proportions by weight from A) to F) in the one-component reaction system.
  • polyether carbonate polyols such as, for example, polyether polyols, polyester polyols and / or polyether ester polyols can be contained in the isocyanate-reactive component B).
  • Polyether carbonate polyols are prepared by addition of alkylene oxide and carbon dioxide onto one or more H-functional starter compounds in the presence of a double metal cyanide catalyst (DMC catalyst) or a metal complex catalyst based on the metals zinc and / or cobalt, preferably by the steps:
  • DMC catalyst double metal cyanide catalyst
  • metal complex catalyst based on the metals zinc and / or cobalt
  • step ( ⁇ ) optionally adding a portion (based on the total amount of alkylene oxide used in the activation and copolymerization) of alkylene oxide to the mixture resulting from step (a) to activate a DMC catalyst, this addition of a portion of alkylene oxide optionally can take place in the presence of CO 2 , and then the temperature peak ("hotspot") occurring due to the following exothermic chemical reaction and / or a pressure drop in the reactor is respectively waited for, and the step (ß) for activation can also take place several times .
  • a portion based on the total amount of alkylene oxide used in the activation and copolymerization
  • alkylene oxides (epoxides) having 2 to 24 carbon atoms can be used to produce a polyether carbonate polyol.
  • the alkylene oxides with 2 to 24 carbon atoms are, for example, one or more compounds selected from the group consisting of ethylene oxide, propylene oxide, 1-butene oxide, 2,3-butene oxide, 2-methyl-1,2-propene oxide (isobutene oxide ), 1-pentene oxide, 2,3-pentene oxide, 2-methyl-1, 2-butene oxide, 3-methyl-1, 2-butene oxide, 1-hexene oxide, 2,3-hexene oxide, 3,4-hexene oxide, 2- Methyl-l, 2-pentene oxide, 4-methyl-l, 2-pentene oxide, 2-ethyl-1, 2-butene oxide, 1-heptene oxide, 1-octene oxide, 1-nonoxide, 1-decene oxide, 1- undecene oxide, 1- Dodecene oxide, 4-methyl-l, 2-pen
  • alkylene oxides are ethylene oxide and / or propylene oxide and / or 1,2-butylene oxide, particularly preferably propylene oxide.
  • H-functional starter compound Compounds with H atoms active for the alkoxylation can be used as a suitable H-functional starter compound.
  • Groups with active egg atoms which are active for the alkoxylation are, for example, -OH, -NH2 (primary amines), -NH- (secondary amines), -SH and - CO2H, preferred are -OH and -NH2, particularly preferred is -OH.
  • Alcohols, amines, thiols and carboxylic acids can be used as monofunctional starter compounds.
  • the following can be used as monofunctional alcohols: methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, 3-buten-1-ol, 3-butyn-1-ol, 2- Methyl-3-buten-2-ol, 2-methyl-3-butyn-2-ol, propyl alcohol, 2-methyl-2-propanol, lt-butoxy-2-propanol., 1-pentanol, 2-pentanol, 3rd -Pentanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 3-octanol, 4-octanol, phenol, 2-hydroxyb
  • amines Possible monofunctional amines are: butylamine, t-butylamine, pentylamine, hexylamine, aniline, aziridine, pyrrolidine, piperidine, morpholine.
  • Monofunctional thiols which can be used are: ethanethiol, 1-propanethiol, 2-propanethiol, 1-butanethiol, 3-methyl-l-butanethiol, 2-butene-l-thiol, thiophenol.
  • monofunctional carboxylic acids formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, fatty acids such as stearic acid, palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, linoleic acid, benzoic acid, acrylic acid.
  • Polyhydric alcohols suitable as H-functional starter compounds are, for example, two polyhydric alcohols (such as, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,4-butenediol, 1,4-butynediol, Neopentyl glycol, 1,5-pentantanediol, methylpentanediols (such as 3-methyl-l, 5-pentanediol), 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, 1,10-decanediol, 1,12-dodecanediol, bis- ( hydroxymethyl) cyclohexanes (as in example 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane), triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycols, dipropylene glycol,
  • the H-functional starter compounds can also be selected from the substance class of polyether polyols, in particular those with a molecular weight M n in the range from 100 to 4000 g / mol, preferably 250 to 2000 g / mol. Preference is given to polyether polyols which are composed of repeating ethylene oxide and propylene oxide units, preferably in a proportion of 35 to 100% propylene oxide units, particularly preferably in a proportion of 50 to 100% propylene oxide units. These can be statistical copolymers, gradient copolymers, alternating or block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide.
  • Suitable polyether polyols composed of repeating propylene oxide and / or ethylene oxide units are, for example, the Desmophen®, Acclaim®, Arcol®, Baycoll®, Bayfill®, Bayflex®, Baygal®, PET® and polyethers -Polyols from Covestro GmbH AG (such as Desmophen® 3600Z, Desmophen® 1900U, Acclaim® Polyol 2200, Acclaim® Polyol 40001, Arcol® Polyol 1004, Arcol® Polyol 1010, Arcol® Polyol 1030, Arcol® Polyol 1070, Baycoll® BD 1110, Bayfill® VPPU 0789, Baygal® K55, PET® 1004, Polyether® S180).
  • Covestro Deutschland AG such as Desmophen® 3600Z, Desmophen® 1900U, Acclaim® Polyol 2200, Acclaim® Polyol 40001, Arcol® Polyol 1004, Arcol® Polyol 1010, Arcol® Polyol
  • suitable homo-polyethylene oxides are for example the Pluriol® E brands from BASF SE
  • suitable homo-polypropylene oxides are for example the Pluriol® P brands from BASF SE
  • suitable mixed copolymers of ethylene oxide and propylene oxide are for example the Pluronic® PE or Pluri ol® RPE brands from BASF SE.
  • the H-functional starter compounds can also be selected from the substance class of the polyester polyols, in particular those with a molecular weight M n in the range from 200 to 4500 g / mol, preferably 400 to 2500 g / mol.
  • At least difunctional polyesters are used as polyester polyols. Polyester polyols preferably consist of alternating acid and alcohol units. As acid components such. B.
  • succinic acid maleic acid, maleic anhydride, adipic acid, phthalic anhydride, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, tetrahydrophthalic acid, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride or mixtures of the acids and / or anhydrides mentioned.
  • alcohol components such. B.
  • ethanediol 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, l, 4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, diethylene glycol, Dipropylene glycol, trimethyl olpropane, glycerol, pentaerythritol or mixtures of the alcohols mentioned are used. If divalent or polyvalent polyether polyols are used as the alcohol component, polyester ether polyols are obtained which can also serve as starter compounds for the preparation of the polyether carbonate polyols.
  • polyether polyols are used to prepare the polyester ether polyols, polyether polyols with a number-average molecular weight M n of 150 to 2000 g / mol are preferred.
  • polycarbonate polyols can be used as H-functional starter compounds, in particular those with a molecular weight M n in the range from 150 to 4500 g / mol, preferably 500 to 2500, which are obtained, for example, by conversion of phosgene, dimethyl carbonate, Diethyl carbonate or diphenyl carbonate and di- and / or polyfunctional alcohols or polyester polyols or polyether polyols can be produced.
  • polycarbonate polyols can be found e.g. B. in EP-A 1359177.
  • Desmophen® C types from Covestro GmbH AG can be used as polycarbonate diols, such as. B. Desmophen® C 1100 or Desmophen® C 2200.
  • component B) can contain proportions of other polyols, e.g. Contain polyether polyols, polyester polyols and / or polyether ester polyols.
  • the polyether polyols are preferably polyhydroxy polyethers which can be prepared in a manner known per se by polyaddition of the alkylene oxides already described above to polyfunctional starter compounds in the presence of catalysts.
  • the polyhydroxy polyethers are preferably prepared from a starter compound having an average of 2 to 8 active hydrogen atoms and one or more alkylene oxides.
  • Preferred starter compounds are molecules with two to eight hydroxyl groups per molecule such as water, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, triethanolamine, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol and sucrose.
  • the starter compounds can be used alone or in a mixture.
  • the starter compound is produced with an alkylene oxide, preferably with ethylene oxide and / or propylene oxide. When used in a mixture, it is possible to implement the alkylene oxides statistically and / or in blocks.
  • High molecular weight polyhydroxy polyethers in which high molecular weight polyadducts or polycondensates or polymerizates are present in finely dispersed, dissolved or grafted form are also suitable.
  • Modified poly hydroxyl compounds of this type are obtained, for example, if polyaddition reactions (for example reactions between polyisocyanates and amino-functional compounds) or polycondensation reactions (for example between formaldehyde and phenols and / or amines) are carried out in situ in the compounds containing hydroxyl groups (as for example in DE-AS 1 168 075).
  • Polyhydroxyl compounds modified by vinyl polymers as obtained, for example, by polymerizing styrene and acrylonitrile in the presence of polyethers (for example in accordance with US Pat. No. 3,383,351), are suitable for the process according to the invention as isocyanate-reactive component B).
  • isocyanate-reactive component B Representatives of the component B) mentioned are described, for example, in the plastics manual, volume VII “Polyurethane”, 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Kunststoff / Vienna, 1993, pages 57-67 and pages 88-90.
  • a polyether carbonate polyol with a functionality of 1.0 to 4.0, particularly preferably 1.5 to 3.5, particularly preferably 1.9 to 3.0 is preferably used.
  • the hydroxyl number of the polyether carbonate polyol can be, for example, 10 to 800 mg KOH / g, preferably 25 to 500 mg KOH / g, particularly preferably 50 to 300 mg KOH / g, particularly preferably 100 to 250 mg KOH / g.
  • the compounds used as isocyanate-reactive component B) can also be present as prepolymers.
  • a prepolymer can be produced in any manner known to the person skilled in the art. In an advantageous embodiment, this is prepared by reacting at least one isocyanate-reactive component B) with an excess of the organic polyisocyanate compound A), optionally followed by partial distillation of the unreacted polyisocyanate compound A) to the desired free isocyanate content.
  • Components A) and B) can be reacted in the presence of a catalyst component catalyzing the prepolymerization (“prepolymerization catalyst”), but the reaction is preferably not carried out in the presence of a prepolymerization catalyst or there are at most technically unavoidable traces of a prepolymerization catalyst present.
  • prepolymerization catalyst a catalyst component catalyzing the prepolymerization
  • the compounds described for use as isocyanate-reactive component B) can be used individually or as mixtures, the isocyanate-reactive compound being preferred
  • the one-component reaction system also contains at least one foam stabilizer C).
  • silicone-containing foam stabilizers such as siloxane-oxyalkylene copolymers and other organopolysiloxanes, furthermore alkoxylation products from fatty alcohols, oxoalcohols, fatty amines, alkylphenols, dialkylphenols, alkylcresols, alkylresorcinol, naphthol, alkylnaphthol, naphthylamine, bisphenylamine, anisole -A, alkylated bisphenol-A, polyvinyl alcohol, and also alkoxylation products of condensation products from formaldehyde and alkylphenols, formaldehyde and dialkylphenols, formaldehyde and alkylcresols, formaldehyde and alkylresorcinol, formaldehyde and aniline, formaldehyde and toluidine, formaldehyde and naphthol, formaldehyde and formaldehyde and formaldehyde and formaldeh
  • foam stabilizers are those foam stabilizers which are selected from the group of polyether-polydialkoxysilane copolymers, the alkoxy groups being selected independently of one another in particular from aliphatic hydrocarbon radicals having one to ten carbon atoms, preferably from methyl, ethyl, n- Propyl or i-propyl residues.
  • the foam stabilizer C) can have a cloud point of at least 40 ° C, in particular at least 50 ° C, preferably at least 60 ° C, measured in a 4% by weight aqueous solution of the foam stabilizer C) and gradually increasing the temperature of 20 ° C starting with a heating rate of 2 ° C / min and determination of the cloud point by visual assessment of the time of the onset of cloudiness.
  • This is advantageous because the fire protection properties of the rigid polyurethane foams obtained can be further increased by using such foam stabilizers.
  • the aforementioned values for the cloud point can alternatively also be determined nephelometrically using DIN EN ISO 7027 (2000) without being bound to the aforementioned procedure with a combined change in temperature.
  • Foam stabilizers C) which have a high ratio of ethylene oxide to propylene oxide in the polyether side chains of the silicone-polyether copolymers and at the same time have a low ( ⁇ 5) dimethylsiloxane content are very particularly preferred.
  • Formula (II) gives examples of this.
  • A aryl, alkyl or H
  • silicone stabilizers are available, for example, from Schill + Seilacher GmbH or Evonik Industries AG. Of these foam stabilizers, preferred are those whose OH number is in the range from 90 to 130 mg KOH / g (e.g. foam stabilizers 1 and 2). Table 1
  • any catalyst known to be suitable for this purpose to the person skilled in the art can be used as catalyst D), with for example an amine catalyst.
  • 2,2'-dimorpholinyl diethyl ether is preferred as catalyst D), since it catalyzes the reaction of the isocyanate with water in a particularly selective manner.
  • the reaction system further contains as component E) at least one physical blowing agent with a boiling point ⁇ 0 ° C and optionally co-blowing agent.
  • Hydrocarbons are preferred as blowing agents, especially the isomers of propane and butane.
  • Physical blowing agents with a boiling point ⁇ 0 ° C. are preferred as co-blowing agents, which additionally have an emulsifying or solubilizing effect.
  • Dimethyl ether is preferably used as co-blowing agent.
  • dimethyl ether is used as the co-blowing agent and at least one compound selected from the group consisting of the isomers of propane and butane is used as the blowing agent.
  • the reaction system may also contain other auxiliaries and additives F), e.g. Flame retardants, cell regulators, plasticizers and thinners, e.g. Long-chain chlorinated paraffins and paraffins, pigments or dyes, surface-active compounds and / or stabilizers against oxidative, thermal or microbial degradation or aging.
  • auxiliaries and additives F e.g. Flame retardants, cell regulators, plasticizers and thinners, e.g. Long-chain chlorinated paraffins and paraffins, pigments or dyes, surface-active compounds and / or stabilizers against oxidative, thermal or microbial degradation or aging.
  • the reaction system may further contain an acid, preferably with a pKa value of at least 0, or an acid derivative such as, for example, an acid chloride, preferably an acid chloride of an aromatic carboxylic acid, for example phthalic acid dichloride, in particular in an amount of 10 to 500 ppm, based on the amount of organic polyisocyanate component A), preferably from 50 to 300 ppm.
  • an acid preferably with a pKa value of at least 0, or an acid derivative such as, for example, an acid chloride, preferably an acid chloride of an aromatic carboxylic acid, for example phthalic acid dichloride, in particular in an amount of 10 to 500 ppm, based on the amount of organic polyisocyanate component A), preferably from 50 to 300 ppm.
  • the reaction system contains no short chain monooie or hydroxy ketones.
  • short-chain means in particular those monooies or hydroxyketones which have a molecular weight of ⁇ 200 g / mol. Such compounds can act as cell openers, which is not desirable here.
  • the invention relates to a one-component reaction system for the production of rigid polyurethane foams, comprising the following constituents:
  • the invention relates to a one-component reaction system according to one of the embodiments 1 or 2, characterized in that component B) is a polyol with a functionality F n of 1.0 to 4.0, preferably 1.5 to 3, 5, particularly preferably 1.9 to 3.0, contains.
  • component B) is a polyether polyol with an OH number of 50 to 300 mg KOH / g, preferably 75 to 275 mg KOH / g, particularly preferably 100 to 250 mg KOH / g, contains.
  • the invention relates to a one-component reaction system according to one of the embodiments 1 to 4, characterized in that compounds having a structural formula (II) are used as foam stabilizer C)
  • A aryl, alkyl or H can be used.
  • the invention relates to a one-component reaction system according to one of the embodiments 1 to 5, comprising the following components: 30 to 70% by weight of organic polyisocyanate component A),
  • the invention relates to a one-component reaction system according to one of the embodiments 1 to 6, characterized in that the isocyanate index is 350 to 550.
  • the invention relates to a process for producing a one-component reaction system by reacting the organic polyisocyanate component A) with
  • the isocyanate-reactive component B) is at least 10% by weight, based on the sum of the isocyanate-reactive component B
  • Parts by weight from A) to F) 100% by weight of a polyether carbonate polyol.
  • the invention relates to a process for producing a rigid polyurethane foam, obtainable by mixing and reacting components A) to F) of a one-component reaction system according to one of embodiments 1 to 7 under the action of moisture.
  • the invention relates to a method for producing a rigid polyurethane foam, comprising the steps a) producing a one-component reaction system by a method according to the eighth embodiment and b) Exposure to moisture on the one-component reaction system produced in step a).
  • the invention relates to a rigid polyurethane foam obtained by a process according to one of the embodiments 9 or 10.
  • the invention relates to the use of a one-component reaction system according to one of the embodiments 1 to 7 as a 1-component assembly foam , wherein the one-component reaction system is filled in a pressure vessel.
  • the invention relates to a pressure vessel, in particular a disposable pressure vessel, containing a one-component reaction system according to one of the embodiments 1 to 7.
  • the invention relates to the use of rigid polyurethane foams according to the eleventh embodiment for applications in the construction industry.
  • the rigid PUR foams according to the invention are produced by a two-stage process known to the person skilled in the art, in which the reaction components are reacted discontinuously with one another and then brought into or onto suitable molds / substrates / cavities for curing. Examples are in USA-A 2 761 565, in G. Oertel (ed.) "Kunststoff-Handbuch", Volume VII, Carl Hanser Verlag, 3rd edition, Kunststoff 1993, pp. 284 ff., And in K. Uhlig (Ed.) "Polyurethane Taschenbuch", Carl Hanser Verlag, 2nd edition, Vienna 2001, pp. 83-102.
  • the hydroxyl numbers were measured by means of NfR spectroscopy (Lambda 950, Perkin-Elmer, PC-controlled). The combination vibrations of the v (OH) and d (OH) fundamental vibrations were measured in the range from 2050 to 2100 nm for the samples and calibration samples used in the examples. The samples and calibration samples were tempered to 20 ° C for the measurements. Polyether polyols were used as calibration samples, the OH number of which was determined in accordance with the standard DIN 53240-2 (1998). The results of the NIR spectroscopy of the samples were compared with the results of the calibration samples according to the Max-Min method and the OH number of the samples was determined therefrom.
  • the EN ISO 11909 (2007) standard was used to determine the NCO content in the polyisocyanate.
  • the required amount of the polyol components was placed in a mixing container in succession and mixed with appropriate amounts of catalyst, blowing agent and auxiliary and additive (Table 2). The mixture was then transferred to a disposable pressure vessel. The quantity of polyisocyanate corresponding to the characteristic number was then added to the can and this was sealed with a valve. The required amounts of propellant were added via the attached valve using an appropriate metering unit. Finally, the disposable pressure vessel was shaken until the IC formulation was completely homogenized.
  • the 1K formulations thus prepared are given below in the examples in Table 3.
  • the rigid PUR foam is discharged from the can into a mold (600 mm x 30 mm x 60 mm) which is lined with paper and sprayed with water. After 1 day, the resulting PUR rigid foam strand is removed from the mold. In the middle of the strand (at 300 mm) the thickness is measured with a thickness gauge. The ratio of the rigid PUR foam strand thickness to the mold width (30 mm) represents the dimensional stability (shrinkage / swelling). The thickness of the middle of the strand (at 300 mm) becomes another 7 days after foaming measured with a thickness gauge. The moisture required for curing is supplied by spraying the paper with water. This procedure is independent of the prevailing air humidity and provides the most reproducible results. All results for the 1-component reaction systems produced in accordance with the present application and the rigid polyurethane foams produced therefrom (free foaming) and their properties are summarized in Table 3.
  • Examples 1, 3 and 5 were produced without using a polyether carbonate polyol and lead to severe swelling (example 1) or shrinkage (examples 3 and 5) of the rigid PU foam.
  • Example 2 and 4 the replacement of the polyether polyols from Examples 1 and 3 with corresponding polyether carbonate polyols leads to a significantly reduced swelling or shrinkage of the rigid PU foams obtained.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einkomponenten-Reaktionssystem (auch 1K- Reaktionssystem genannt) zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen (auch PUR- Hartschaumstoffe genannt) mit verbesserter Dimensionsstabilität, sowie Verfahren zu dessen Herstellung und deren Verwendung. Die Erfindung betrifft auch die aus dem erfindungsgemäßen Einkomponenten-Reaktionssystem hergestellten Polyurethan-Hartschaumstoffe.

Description

Reaktionssvstem für einen 1-K Polyurethan-Hartschaumstoff
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einkomponenten-Reaktionssystem (auch 1K- Reaktionssystem genannt) enthaltend Polyethercarbonatpolyol zur Herstellung von Polyurethan- Hartschaumstoffen (auch PUR-Hartschaumstoffe genannt), sowie Verfahren zu dessen Herstellung und deren Verwendung. Die Erfindung betrifft auch die aus dem erfindungsgemäßen Einkompo nenten-Reaktionssystem hergestellten Polyurethan-Hartschaumstoffe.
Im Rahmen einer umweltfreundlichen Ausrichtung von Produktionsprozessen ist es generell wün schenswert, CCk-basierte Ausgangsstoffe, beispielsweise in Form von Polyethercarbonatpolyolen, in relativ großen Mengen einzusetzen. Die Herstellung von Polyethercarbonatpolyolen durch kata lytische Umsetzung von Alkylenoxiden (Epoxiden) und Kohlendioxid in Anwesenheit von H- funktionellen Starterverbindungen („Starter“) wird seit mehr als 40 Jahren intensiv untersucht (z. B. Inoue et al, Copolymerization of Carbon Dioxide and Epoxide with Organometallic Com pounds; Die Makromolekulare Chemie 130, 210-220, 1969). Diese Reaktion ist in Schema (I) schematisch dargestellt, wobei R für einen organischen Rest wie Alkyl, Alkylaryl oder Aryl steht, der jeweils auch Heteroatome wie beispielsweise O, S, Si usw. enthalten kann, und wobei e, f und g für eine ganzzahlige Zahl stehen, und wobei das hier im Schema (I) gezeigte Produkt für das Polyethercarbonatpolyol lediglich so verstanden werden soll, dass sich Blöcke mit der gezeigten Struktur im erhaltenen Polyethercarbonatpolyol prinzipiell wiederfinden können, die Reihenfolge, Anzahl und Länge der Blöcke sowie die OH-Funktionalität des Starters aber variieren kann und nicht auf das in Schema (I) gezeigte Polyethercarbonatpolyol beschränkt ist. Diese Reaktion (siehe Schema (I)) ist ökologisch sehr vorteilhaft, da diese Reaktion die Umsetzung eines Treibhausgases wie CO2 zu einem Polymer darstellt. Als weiteres Produkt, eigentlich Nebenprodukt, entsteht das in Schema (I) gezeigte cyclische Carbonat (beispielsweise für R = CH3 Propylencarbonat, im Fol genden auch als cPC bezeichnet, oder für R = H Ethylencarbonat, im Folgenden auch als cEC be zeichnet).
Starter-OH + (e+f+g) + (e+g) C02
Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen auf Basis von Polyethercarbonatpolyo len und Isocyanaten sind bekannt (z.B. WO 2012/130760 Al, EP-A 0 222 453). Die Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen aus Einwegdruckbehältern ist aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt. Dabei wird ein isocyanatgruppenhaltiges Präpolymer durch Reaktion einer Polyolkomponente unter Zusatz von Schaumstabilisatoren und Katalysatoren sowie gegebe nenfalls von Weichmachern, Flammschutzmitteln, Vernetzern und weiteren Zusatzstoffen mit or ganischen Di- und/oder Polyisocyanaten hergestellt. Diese Umsetzung erfolgt normalerweise in Gegenwart von Treibmitteln in einem Druckbehälter. Nach Abschluss der Präpolymerbildung kann der Polyurethan-Schaumstoff dann über ein Ventil dosiert ausgetragen werden. Dabei besitzt der Polyurethan-Schaumstoff zuerst eine sahnige Konsistenz und härtet dann anschließend durch Einwirken der Umgebungsfeuchtigkeit, z.B. aus der Luft unter Volumen Vergrößerung, aus. Bei solchen Schaumstoffen spricht man daher von Einkomponenten-Schaumstoffen (1K- Schaumstoffe).
Um die gewünschten Endeigenschaften des Schaumstoffes wie z.B. Härte oder Zellbeschaffenheit zu erhalten, wird mit einem deutlichen Überschuss des Isocyanats gegenüber der Polyolkomponen te gearbeitet. Auf diese Weise wird die sogenannte Vorverlängerung und damit die Molekularge wichtsverteilung des Präpolymers reguliert. Je geringer die Vorverlängerung des Präpolymers, desto enger ist die Molekulargewichtsverteilung und desto präziser einstellbar sind die Endeigen schaften des ausgehärteten PUR-Schaumstoffes.
Ein großes Anwendungsgebiet für lK-Schaumstoffe ist die Bauindustrie, bei der PUR- Hartschaumstoffe mit einer guten Dimensionsstabilität (geringe Quellung bzw. Schwindung) er wünscht sind. PUR-Hartschaumstoffe mit geringer Quellung bzw. Schwindung zeichnen sich dadurch aus, dass beschäumte Bauteile in einem weiteren Arbeitsschritt weniger nachbearbeitet werden müssen (durch z.B. Zuschneiden). Ebenso besteht die Gefahr, dass sich beschäumte Bau teile durch zu hohem Quellverhalten bzw. Schwindung des Schaumstoffes in ihrer Geometrie ver ändern. Zudem lassen sich Schaumstoffe mit geringer Quellung bzw. Schwindung besser dosieren.
Die WO 2011/138274 Al offenbart Präpolymere, welche durch Umsetzung von Polyisocyanaten und Polyethercarbonatdiolen erhalten werden. Diese Präpolymer können eingesetzt werden um z.B. einkomponentige Beschichtungen mit verbesserter Härte herzustellen. Es wird in der WO 2011/138274 Al jedoch kein Einkomponenten-Reaktionssystem offenbart, welches zu Po lyurethan-Hartschaumstoffen führt und somit auch kein Effekt auf die Dimensionsstabilität von Polyurethan-Hartschaumstoffen aus Einkomponenten-Reaktionssystemen gezeigt.
Ausgehend vom Stand der Technik bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine lK-Polyurethan-Formulierung zur Verfügung zu stellen, die gut austragbare und gleichzeitig nach dem Aushärten feste Polyurethan-Hartschaumstoffe liefert, welche eine gute Dimensionsstabilität aufweisen. Überraschend wurde diese Aufgabe gelöst durch das erfindungsgemäße Einkomponenten- Reaktionssystem zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen, umfassend die folgenden Bestandteile:
A) mindestens eine organische Polyisocyanatkomponente,
B) mindestens eine isocyanatreaktive Komponente, deren isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen ausschließlich solche mit wenigstens einem Zerewitinoff-reaktiven Wasser stoffatom sind,
C) mindestens einen Schaumstabilisator,
D) mindestens einen Katalysator, der geeignet ist, die Reaktion der Polyisocyanatkompo nente A) mit der isocyanatreaktiven Komponente B) zu katalysieren,
E) mindestens ein physikalisches Treibmittel mit einem Siedepunkt von weniger als 0 °C und gegebenenfalls Co-Treibmittel, sowie
F) gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkomponenten-Reaktionssystem mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Gewichtsanteile von A) bis F) = 100 Gew.-%, eines Polyethercarbonatpolyols enthält.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Einkomponenten- Reaktionssystems, ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen aus einem Einkomponenten-Reaktionssystem, einen Polyurethan-Hartschaumstoff, erhältlich aus einem Ein komponenten-Reaktionssystem, die Verwendung eines Einkomponenten-Reaktionssystems als Einkomponenten-Montageschaumstoff (auch lK-Montageschaumstoff genannt), sowie einen Druckbehälter enthaltend ein Einkomponenten-Reaktionssystem und ein Treibmittel.
Mit„Funktionalität Fn“ eines Polyols / einer Polyolmischung ist im Sinne dieser Anmeldung die zahlengemittelte Funktionalität der Polyolmischung aus Polyol 1 ... Polyol i gemeint, berechnet mittels Fn = S x; Fi mit x; = Molenbruch und Fi Starterfunktionalität des Polyols i.
Das Äquivalentgewicht gibt das Verhältnis des zahlenmittleren Molekulargewichts und der Funk tionalität der isocyanatreaktiven Komponente an. Die Angaben des Äquivalentgewichts für Mi schungen berechnen sich aus den Äquivalentgewichten der einzelnen Komponenten in ihren jewei ligen molaren Anteilen und beziehen sich auf das zahlenmittlere Äquivalentgewicht der Mischung. Mit„Molekulargewicht“ oder„Molmasse“ ist im Sinne dieser Anmeldung das zahlengewichtete mittlere Molekulargewicht gemeint.
Die Kennzahl (Index) gibt das prozentuale Verhältnis der tatsächlich eingesetzten Isocyanat- Menge zur stöchiometrischen, d.h. für die Umsetzung der OH-Äquivalente berechneten Menge an Isocyanat-Gruppen (NCO)-Menge an.
Als organische Polyisocyanatkomponente A) werden in einem Anteil von 90 bis 100 Gew.-%, bevorzugt von 95 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt von 98 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von A), aromatische Polyisocyanate, wie beispielsweise 2,4- oder 2,6- Toluylendiisocyanat (TDI), 1,5-Naphthylendiisocyanat, 2,2‘- oder 2,4‘- oder 4,4‘- Diphenylmethandiisocyanat (monomeres MDI) oder höhere Homologe (polymeres MDI), 1,3- oder l,4-Bis-(2-isocyanato-prop-2-yl)-benzol (TMXDI), l,3-Bis-(isocyanatomethyl)benzol (XDI) oder weitere aromatische organische Polyisocyanate der aus der Polyurethanchemie an sich bekannten Art einzeln oder als Gemische eingesetzt. Die organische Polyisocyanatkomponente A) enthält bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 85 Gew.-% und insbesondere bevorzugt mindestens 95 Gew.-% , bezogen auf das Gesamtgewicht von A), monomeres und/oder polymeres MDI. Daneben kann die organische Polyisocyanatkomponente A) in geringen Anteilen von 0 bis 10 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von A), nicht-aromatische organische Isocyanate enthalten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die organische Polyisocyanatkomponente
A) nur monomeres und/oder polymeres MDI, bzw. enthält höchstens produktionsbedingt technisch unvermeidbare Spuren an weiteren Isocyanaten. Der Anteil der organischen Polyisocyanatkompo nente A) an dem Einkomponenten-Reaktionssystem ist bevorzugt 30 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 35 bis 75 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 40 bis 70 Gew. -%, jeweils bezogen auf A) +
B) + C) + D) + E) + F) = 100 Gew.-%.
Bei der isocyanatreaktiven Komponente B) handelt es sich um eine solche Komponente, deren isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen ausschließlich solche mit wenigstens einem Zerewitin- off-reaktiven Wasserstoffatom sind. Die isocyanatreaktive Komponente B) enthält mindestens ein Polyethercarbonatpolyol mit einem Anteil von mindestens 15 Gew.-%, bevorzugt mindestens 18 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, insbesondere bevorzugt mindestens 22 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Gewichtsanteile von A) bis F), am Einkomponenten- Reaktionssystem. Zusätzlich zu dem Polyethercarbonatpolyol können weitere Polyole wie z.B. Polyetherpolyole, Polyesterpolyole und/oder Polyetheresterpolyole in der isocyanatreaktiven Komponente B) enthalten sein. Polyethercarbonatpolyole werden durch Anlagerung von Alkylenoxid und Kohlendioxid an eine oder mehrere H-funktionelle Starterverbindungen in Gegenwart eines Doppelmetallcyanid- Katalysators (DMC-Katalysator) oder eines Metallkomplexkatalysators auf Basis der Metalle Zink und/oder Cobalt hergestellt, bevorzugt durch die Schritte:
(a) Vorlegen einer Teilmenge H-funktioneller Starterverbindung und/oder Suspensionsmittel, das keine H-funktionellen Gruppen enthält, in einen Reaktor gegebenenfalls gemeinsam mit DMC-Katalysator oder eines Metallkomplexkatalysators auf Basis der Metalle Zink und/oder Cobalt,
(ß) gegebenenfalls Zugabe einer Teilmenge (bezogen auf die Gesamtmenge der bei der Aktivierung und Copolymerisation eingesetzten Menge an Alkylenoxid) von Alkylen oxid zu der aus Schritt (a) resultierenden Mischung zur Aktivierung eines DMC- Katalysators, wobei diese Zugabe einer Teilmenge an Alkylenoxid gegebenenfalls in Gegenwart von CO2 erfolgen kann, und wobei dann die aufgrund der folgenden exothermen chemischen Reaktion auftretende Temperaturspitze („Hotspot“) und/oder ein Druckabfall im Reaktor jeweils abgewartet wird, und wobei der Schritt (ß) zur Ak tivierung auch mehrfach erfolgen kann,
(g) Zugabe von H-funktioneller Startersubstanz, Alkylenoxid und gegebenenfalls DMC- Katalysator und/oder Kohlendioxid in den Reaktor.
Allgemein können zur Herstellung eines Polyethercarbonatpolyols Alkylenoxide (Epoxide) mit 2 bis 24 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Bei den Alkylenoxiden mit 2 bis 24 Kohlenstoffato men handelt es sich beispielsweise um eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Grup pe bestehend aus Ethylenoxid, Propylenoxid, 1 -Butenoxid, 2,3-Butenoxid, 2 -Methyl- 1,2- propenoxid (Isobutenoxid), 1-Pentenoxid, 2,3-Pentenoxid, 2-Methyl-l,2-butenoxid, 3-Methyl-l,2- butenoxid, 1-Hexenoxid, 2,3-Hexenoxid, 3,4-Hexenoxid, 2-Methyl-l,2-pentenoxid, 4-Methyl-l,2- pentenoxid, 2-Ethyl-l,2-butenoxid, 1-Heptenoxid, 1-Octenoxid, 1 -Nonenoxid, 1-Decenoxid, 1- Undecenoxid, 1-Dodecenoxid, 4-Methyl-l,2-pentenoxid, Butadienmonoxid, Isoprenmonoxid, Cyc- lopentenoxid, Cyclohexenoxid, Cycloheptenoxid, Cyclooctenoxid, Styroloxid, Methylstyroloxid, Pinenoxid, ein- oder mehrfach epoxidierte Fette als Mono-, Di- und Triglyceride, epoxidierte Fett säuren, Ci-C24-Ester von epoxidierten Fettsäuren, Epichlorhydrin, Glycidol, und Derivate des Gly- cidols, wie beispielsweise Methylglycidylether, Ethylglycidylether, 2-Ethylhexylglycidylether, Allylglycidylether, Glycidylmethacrylat sowie epoxidfunktionelle Alkoxysilane, wie beispielswei se 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidyioxypropyl-triethoxysilan, 3-
Glycidyloxypropyltripropoxysilan, 3-Glycidyloxy-propyl-methyl-dimethoxysilan, 3- Glycidyloxypropylethyldiethoxysilan, 3-Glycidyloxy-propyltrlisopropoxysilan. Vorzugsweise werden als Alkylenoxide Ethylenoxid und/oder Propylenoxid und/oder 1,2 Butylenoxid, besonders bevorzugt Propylenoxid eingesetzt.
Als geeignete H-funktionelle Starterverbindung können Verbindungen mit für die Alkoxylierung aktiven H-Atomen eingesetzt werden. Für die Alkoxylierung aktive Gruppen mit aktiven Ei- Atomen sind beispielsweise -OH, -NH2 (primäre Amine), -NH- (sekundäre Amine), -SH und - CO2H, bevorzugt sind -OH und -NH2, besonders bevorzugt ist -OH.
Als monofunktionelle Starterverbindungen können Alkohole, Amine, Thiole und Carbonsäuren eingesetzt werden. Als monofunktionelle Alkohole können Verwendung finden: Methanol, Etha nol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, t-Butanol, 3-Buten-l-ol, 3-Butin-l-ol, 2- Methyl-3-buten-2-ol, 2-Methyl-3-butin-2-ol, Propagylalkohol, 2-Methyl-2-propanol, l-t-Butoxy-2- propanol., 1-Pentanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, 1-Hexanol, 2-Hexanol, 3-Hexanol, 1-Heptanol, 2- Heptanol, 3-Heptanol, 1-Octanol, 2-Octanol, 3-Octanol, 4-Octanol, Phenol, 2-Hydroxybiphenyl, 3- Hydroxybiphenyl, 4-Hydroxybiphenyl, 2-Hydroxypyridin, 3-Hydroxypyridin, 4-Hydroxypyridin. Als monofunktionelle Amine kommen in Frage: Butylamin, t-Butylamin, Pentylamin, Hexylamin, Anilin, Aziridin, Pyrrolidin, Piperidin, Morpholin. Als monofunktionelle Thiole können verwendet werden: Ethanthiol, 1-Propanthiol, 2-Propanthiol, 1-Butanthiol, 3-Methyl-l-butanthiol, 2-Buten-l- thiol, Thiophenol. Als monofunktionelle Carbonsäuren seien genannt: Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Fettsäuren wie Stearinsäure, Palmitinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Lino lensäure, Benzoesäure, Acrylsäure.
Als H-funktionelle Starterverbindungen geeignete mehrwertige Alkohole sind beispielweise zwei wertige Alkohole (wie beispielweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropy- lenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,4-Butendiol, 1,4-Butindiol, Neopentylglykol, 1,5- Pentantandiol, Methylpentandiole (wie beispielweise 3-Methyl-l,5-pentandiol), 1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol, Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexane (wie bei spielweise l,4-Bis-(hydroxymethyl)cyclohexan), Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethyl englykole, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Polypropylenglykole, Dibutylenglykol und Po- lybutylenglykole); dreiwertige Alkohole (wie beispielweise Trimethylolpropan, Glycerin, Trishyd- roxyethylisocyanurat, Rizinusöl); vierwertige Alkohole (wie beispielsweise Pentaerythrit); Polyal kohole (wie beispielweise Sorbit, Hexit, Saccharose, Stärke, Stärkehydrolysate, Cellulose, Cellulo- sehydrolysate, hydroxyfunktionalisierte Fette und Öle, insbesondere Rizinusöl), sowie alle Modifi zierungsprodukte dieser zuvorgenannten Alkohole mit unterschiedlichen Mengen an e- Caprolacton. In Mischungen von H-funktionellen Starterverbindungen können auch dreiwertige Alkohole, wie beispielsweise Trimethylolpropan, Glycerin, Trishydroxyethyl-isocyanurat und Rizinusöl eingesetzt werden.
Die H-funktionellen Starterverbindungen können auch aus der Substanzklasse der Polyetherpolyo le ausgewählt sein, insbesondere solchen mit einem Molekulargewicht Mn im Bereich von 100 bis 4000 g/mol, vorzugsweise 250 bis 2000 g/mol. Bevorzugt sind Polyetherpolyole, die aus sich wie derholenden Ethylenoxid- und Propylenoxideinheiten aufgebaut sind, bevorzugt mit einem Anteil von 35 bis 100% Propylenoxideinheiten, besonders bevorzugt mit einem Anteil von 50 bis 100% Propylenoxideinheiten. Hierbei kann es sich um statistische Copolymere, Gradienten-Copolymere, alternierende oder Blockcopolymere aus Ethylenoxid und Propylenoxid handeln. Geeignete Po- lyetherpolyole, aufgebaut aus sich wiederholenden Propylenoxid- und/oder Ethylenoxideinheiten sind beispielsweise die Desmophen®-, Acclaim®-, Arcol®-, Baycoll®-, Bayfill®-, Bayflex®- Baygal®-, PET®- und Polyether-Polyole der Covestro Deutschland AG (wie z. B. Desmophen® 3600Z, Desmophen® 1900U, Acclaim® Polyol 2200, Acclaim® Polyol 40001, Arcol® Polyol 1004, Arcol® Polyol 1010, Arcol® Polyol 1030, Arcol® Polyol 1070, Baycoll® BD 1110, Bayfill® VPPU 0789, Baygal® K55, PET® 1004, Polyether® S180). Weitere geeignete homo- Polyethylenoxide sind beispielsweise die Pluriol® E-Marken der BASF SE, geeignete homo- Polypropylenoxide sind beispielsweise die Pluriol® P-Marken der BASF SE, geeignete gemischte Copolymere aus Ethylenoxid und Propylenoxid sind beispielsweise die Pluronic® PE oder Pluri ol® RPE-Marken der BASF SE. Die H-funktionellen Starterverbindungen können auch aus der Substanzklasse der Polyesterpolyole ausgewählt sein, insbesondere solchen mit einem Molekulargewicht Mn im Bereich von 200 bis 4500 g/mol, vorzugsweise 400 bis 2500 g/mol. Als Polyesterpolyole werden mindestens difunktio- nelle Polyester eingesetzt. Bevorzugt bestehen Polyesterpolyole aus alternierenden Säure- und Alkoholeinheiten. Als Säurekomponenten werden z. B. Bernsteinsäure, Maleinsäure, Maleinsäure- anhydrid, Adipinsäure, Phthalsäureanhydrid, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Tetra- hydrophthalsäure, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid oder Gemische aus den genannten Säuren und/oder Anhydride eingesetzt. Als Alkoholkomponenten werden z. B. Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, Neopentylglykol, 1,6- Hexandiol, l,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Trimethyl- olpropan, Glycerin, Pentaerythrit oder Gemische aus den genannten Alkoholen verwendet. Werden als Alkoholkomponente zweiwertige oder mehrwertige Polyetherpolyole eingesetzt, so erhält man Polyesteretherpolyole die ebenfalls als Starterverbindungen zur Herstellung der Polyethercar bonatpolyole dienen können. Falls Polyetherpolyole zur Her-stellung der Polyesteretherpolyole eingesetzt werden, sind Polyetherpolyole mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht Mn von 150 bis 2000 g/mol bevorzugt. Des Weiteren können als H-funktionelle Starterverbindungen Polycarbonatpolyole (wie beispiels weise Polycarbonatdiole) eingesetzt werden, insbesondere solchen mit einem Molekulargewicht Mn im Bereich von 150 bis 4500 g/mol, vorzugsweise 500 bis 2500, die beispielsweise durch Um setzung von Phosgen, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat oder Diphenylcarbonat und di- und/oder polyfunktionellen Alkoholen oder Polyesterpolyolen oder Polyetherpolyolen hergestellt werden. Beispiele zu Polycarbonatpolyolen finden sich z. B. in der EP-A 1359177. Beispielsweise können als Polycarbonatdiole die Desmophen® C-Typen der Covestro Deutschland AG verwendet wer den, wie z. B. Desmophen® C 1100 oder Desmophen® C 2200.
Daneben kann die Komponente B) Anteile an weiteren Polyolen, z.B. Polyetherpolyole, Polyester polyole und/oder Polyetheresterpolyole enthalten.
Bei den Polyetherpolyolen handelt es sich bevorzugt um Polyhydroxypolyether, welche auf an sich bekannte Weise durch Polyaddition von den bereits oben beschriebenen Alkylenoxiden an po lyfunktionelle Starterverbindungen in Gegenwart von Katalysatoren hergestellt werden können. Bevorzugt werden die Polyhydroxypolyether aus einer Starterverbindung mit durchschnittlich 2 bis 8 aktiven Wasserstoffatomen und einem oder mehreren Alkylenoxiden hergestellt. Bevorzugte Starterverbindungen sind Moleküle mit zwei bis acht Hydroxylgruppen pro Molekül wie Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Triethylenglykol, Tripropy- lenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Triethanolamin, Glycerin, Trimethylolpropan, Pen taerythrit, Sorbit und Saccharose. Die Starterverbindungen können allein oder im Gemisch ver wendet werden. Die Starterverbindung werden mit einem Alkylenoxid, bevorzugt mit Ethylenoxid und/oder Propylenoxid, hergestellt. Bei Verwendung im Gemisch ist es möglich, die Alkylenoxide statistisch und/oder blockweise umzusetzen. Ebenfalls geeignet sind solche höhermolekularen Polyhydroxypolyether, in denen hochmolekulare Polyaddukte bzw. Polykondensate oder Poly merisate in feindisperser, gelöster oder aufgepropfter Form vorliegen. Derartige modifizierte Poly hydroxylverbindungen werden z.B. erhalten, wenn man Polyadditionsreaktionen (z.B. Umsetzun gen zwischen Polyisocyanaten und aminofunktionellen Verbindungen) bzw. Polykondensationsre aktionen (z.B. zwischen Formaldehyd und Phenolen und/oder Aminen) in situ in den Hydro xylgruppen aufweisenden Verbindungen ablaufen lässt (wie beispielsweise in DE-AS 1 168 075 beschrieben). Auch durch Vinylpolymerisate modifizierte Polyhydroxylverbindungen, wie sie z.B. durch Polymerisation von Styrol und Acrylnitril in Gegenwart von Polyethern (z.B. gemäß US-PS 3 383 351) erhalten werden, sind für das erfindungsgemäße Verfahren als isocyanatreaktive Kom ponente B) geeignet. Vertreter der genannten Komponente B) sind z.B. im Kunststoff-Handbuch, Band VII„Polyurethane“, 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München / Wien, 1993, Seiten 57 - 67 bzw. Seiten 88 - 90 beschrieben. Bevorzugt wird ein Polyethercarbonatpolyol mit einer Funktionalität von 1,0 bis 4,0, besonders bevorzugt 1,5 bis 3,5, insbesondere bevorzugt 1,9 bis 3,0 eingesetzt. Die Hydroxylzahl des Po lyethercarbonatpolyols kann beispielsweise 10 bis 800 mg KOH/g betragen, bevorzugt 25 bis 500 mg KOH/g, besonders bevorzugt 50 bis 300 mg KOH/g, insbesondere bevorzugt 100 bis 250 mg KOH/g.
Die als isocyanatreaktive Komponente B) eingesetzten Verbindungen können ebenfalls als Präpo lymere vorliegen. Die Herstellung eines Präpolymers kann im Prinzip auf jede dem Fachmann bekannte Weise erfolgen. In vorteilhafter Ausgestaltung wird diese durch Umsetzung von zumin dest einer isocyanatreaktiven Komponente B) mit einem Überschuss der organischen Polyiso- cyanatverbindung A), gegebenenfalls gefolgt von teilweisem Abdestillieren der nicht reagierten Polyisocyanatverbindung A) bis zum gewünschten Gehalt an freiem Isocyanat, hergestellt. Die Umsetzung der Komponenten A) und B) kann in Gegenwart einer die Präpolymerisierung kataly sierenden Katalysatorkomponente („Präpolymerisierungskatalysator“) erfolgen, bevorzugt erfolgt die Umsetzung jedoch nicht in Gegenwart eines Präpolymerisierungskatalysators bzw. es sind höchstens technisch unvermeidbare Spuren eines Präpolymerisierungskatalysators anwesend.
Die zur Verwendung als isocyanatreaktive Komponente B) beschriebenen Verbindungen können einzeln oder als Gemische eingesetzt werden, wobei die isocyanatreaktive Verbindung bevorzugt
• eine (mittlere) OH-Zahl von 100 bis 400 mg KOH/g aufweist, besonders bevorzugt 150 bis 300 mg KOH/g und/ oder
• eine Funktionalität Fn von 1,0 bis 4,0 besitzt, besonders bevorzugt 1,5 bis 3,5, ins besondere bevorzugt 1,8 bis 3,0, aufweist.
Der Anteil der isocyanatreaktiven Komponente B) an dem Einkomponenten-Reaktionssystem ist bevorzugt 15 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 25 bis 45 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 28 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf A) + B) + C) + D) + E) + F) = 100 Gew.-%.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die isocyanatreaktive Komponente B) mindestens ein Polyethercarbonatpolyol mit einem Anteil von 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 18 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 45 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 22 bis 40 Gew.-%, jeweils bezo gen auf A) + B) + C) + D) + E) + F) = 100 Gew.-%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die isocyanatreaktive Komponente B) mindestens ein Polyethercarbonatpolyol mit einem Anteil von 30 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 80 bis 100 Gew. -%, jeweils bezogen auf B) = 100 Gew.-%. Weiterhin enthält das Einkomponenten-Reaktionssystem mindestens einen Schaumstabilisator C). Dabei kann es sich um siliconhaltige Schaumstabilisatoren handeln, wie Siloxan-Oxyalkylen- Mischpolymerisate und andere Organopolysiloxane, ferner Alkoxylierungsprodukte von Fettalko holen, Oxoalkoholen, Fettaminen, Alkylphenolen, Dialkylphenolen, Alkylkresolen, Alkylresorcin, Naphthol, Alkylnaphthol, Naphtylamin, Anilin, Alkylanilin, Toluidin, Bisphenol-A, alkyliertem Bisphenol-A, Polyvinylalkohol, sowie weiterhin Alkoxylierungsprodukte von Kondensationspro dukten aus Formaldehyd und Alkylphenolen, Formaldehyd und Dialkylphenolen, Formaldehyd und Alkylkresolen, Formaldehyd und Alkylresorcin, Formaldehyd und Anilin, Formaldehyd und Toluidin, Formaldehyd und Naphthol, Formaldehyd und Alkylnaphthol sowie Formaldehyd und Bisphenol-A. Als Alkoxylierungsreagenzien können beispielsweise Ethylenoxid und/oder Propy lenoxid eingesetzt werden. Als Schaumstabilisatoren eignen sich insbesondere solche Schaumsta bilisatoren, welche ausgewählt sind aus der Gruppe der Polyether-Polydialkoxysilan-Copolymere, wobei die Alkoxygruppen unabhängig voneinander insbesondere ausgewählt sind aus aliphati schen Kohlenwasserstoffresten mit einem bis zehn Kohlenstoffatomen, vorzugsweise aus Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- oder i-Propyl-Resten.
Der Schaumstabilisator C) kann einen Trübungspunkt von wenigstens 40 °C aufweisen, insbeson dere von wenigstens 50 °C, vorzugsweise von wenigstens 60 °C, gemessen in einer 4 Gew.-% wässrigen Fösung des Schaumstabilisators C) und schrittweise Erhöhung der Temperatur von 20 °C startend mit einer Aufheizrate von 2 °C/min und Ermittlung des Trübungspunktes durch optische Beurteilung des Zeitpunktes der einsetzenden Trübung. Dies ist von Vorteil, weil durch Einsatz solcher Schaumstabilisatoren die Brandschutzeigenschaften der erhaltenen Polyurethan- Hartschaumstoffe weiter gesteigert werden kann. Die vorgenannten Werte für den Trübungspunkt können alternativ auch nephelometrisch unter Heranziehung der DIN EN ISO 7027 (2000) be stimmt werden, ohne an die vorgenannte Verfahrensweise mit kombinierter Temperaturänderung gebunden zu sein. Ganz besonders bevorzugt sind solche Schaumstabilisatoren C), welche ein hohes Verhältnis von Ethylenoxid zu Propylenoxid in den Polyetherseitenketten der Silikon- Polyether-Copolymere aufweisen und gleichzeitig einen niedrigen (< 5) Dimethylsiloxananteil aufweisen. Beispiele hierfür gibt die Formel (II) wieder.
mit x, y = ganze Zahl > 0 und x/y = Dimethylsiloxananteil < 5, n, m = ganze Zahl > 0 und n/m = Ethylenoxid / Propylenoxid - Verhältnis;
A = Aryl, Alkyl oder H Die in Tabelle 1 angegebenen Strukturmerkmale beziehen sich auf die in Formel (II) gezeigte schematische Strukturformel typischer Silikonstabilisatoren. Solche Silikonstabilisatoren sind bei spielsweise von den Firmen Schill+Seilacher GmbH oder Evonik Industries AG erhältlich. Von diesen Schaumstabilisatoren sind solche bevorzugt, deren OH-Zahl im Bereich von 90 bis 130 mg KOH/g liegt (z.B. Schaumstabilisator 1 und 2). Tabelle 1
Der Anteil des Schaumstabilisators C) an dem Einkomponenten-Reaktionssystem ist bevorzugt 0,2 bis 4,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,5 bis 3,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf A) + B) + C) + D) + E) + F) = 100 Gew.-%. Bei dem erfindungsgemäßen Einkomponenten-Reaktionssystem kann als Katalysator D) prinzipiell jeder für diesen Zweck dem Fachmann als geeignet bekannter Katalysator verwendet werden, bei- spielsweise ein Aminkatalysator. Insbesondere ist 2,2‘-Dimorpholinyldiethylether als Katalysator D) bevorzugt, da er besonders selektiv die Reaktion des Isocyanats mit Wasser katalysiert.
Der Anteil des Katalysators D) an dem Einkomponenten-Reaktionssystem ist bevorzugt 0,1 bis 2,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 1,5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,1 bis 1,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf A) + B) + C) + D) + E) + F) = 100 Gew.-%.
Das Reaktionssystem enthält weiterhin als Komponente E) wenigstens ein physikalisches Treib mittel mit einem Siedepunkt < 0 °C und gegebenenfalls Co-Treibmittel. Als Treibmittel sind Koh lenwasserstoffe bevorzugt, insbesondere die Isomeren des Propan und Butan. Als Co-Treibmittel sind ebenfalls physikalische Treibmittel mit einem Siedepunkt < 0 °C bevorzugt, welche zusätzlich noch eine emulgierende oder löslichkeitsvermittelnde Wirkung aufweisen. Bevorzugt wird als Co- Treibmittel Dimethylether eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Co-Treibmittel Dimethylether eingesetzt und als Treibmittel mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Isomeren des Propans und des Butans.
Der Anteil der Komponente E) an dem Einkomponenten-Reaktionssystem ist bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 12 bis 22 Gew.- %, je weils bezogen auf A) + B) + C) + D) + E) + F) = 100 Gew.-%.
Das Reaktionssystem kann daneben weitere Hilfs- und Zusatzstoffe F) enthalten, z.B. Flamm schutzmittel, Zellregler, Weichmacher und Verdünner, wie z.B. langkettige Chlorparaffine und Paraffine, Pigmente oder Farbstoffe, oberflächenaktive Verbindungen und/oder Stabilisatoren ge gen oxidativen, thermischen oder mikrobiellen Abbau bzw. Alterung.
Der Anteil weiterer Hilfs- und Zusatzstoffe F) an dem Einkomponenten-Reaktionssystem ist be vorzugt 0,0 bis 20,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,0 bis 15,0 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,1 bis 15,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf A) + B) + C) + D) + E) + F) = 100 Gew.-%.
Nähere Angaben über die oben genannten und weitere Ausgangsstoffe sind der Fachliteratur, bei spielsweise dem Kunststoffhandbuch, Band VII, Polyurethane, Carl Hanser Verlag München, Wien, 1., 2. und 3. Auflage 1966, 1983 und 1993, zu entnehmen.
Das Reaktionssystem kann ferner eine Säure, bevorzugt mit einem pKs-Wert von wenigstens 0, oder ein Säurederivat wie z.B. ein Säurechlorid, bevorzugt ein Säurechlorid einer aromatischen Carbonsäure, z.B. Phthalsäuredichlorid, enthalten, insbesondere in einer Menge von 10 bis 500 ppm bezogen auf die Menge an organischer Polyisocyanatkomponente A), vorzugsweise von 50 bis 300 ppm. Durch den Zusatz solcher Verbindungen kann bei dem Einsatz von Präpolymeren eine Reaktion des Präpolymers mit sich selbst weitestgehend unterdrückt werden, beispielsweise eine Allophanatisierung.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Reaktionssystem keine kurzkettigen Monooie oder Hydroxyketone. Als„kurzkettig“ im Sinne dieser Anmeldung werden insbesondere solche Monooie bzw. Hydroxyketone bezeichnet, welche ein Molekulargewicht von < 200 g/mol aufwei sen. Solche Verbindungen können als Zellöffner wirken, was hier nicht erwünscht ist.
In einer ersten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Einkomponenten-Reaktionssystem zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen, umfassend die folgenden Bestandteile:
A) mindestens eine organische Polyisocyanatkomponente,
B) mindestens eine isocyanatreaktive Komponente, deren isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen ausschließlich solche mit wenigstens einem Zerewitinoff-reaktiven Wasser stoffatom sind,
C) mindestens einen Schaumstabilisator,
D) mindestens einen Katalysator, der geeignet ist, die Reaktion der Polyisocyanatkompo nente A) mit der isocyanatreaktiven Komponente B) zu katalysieren,
E) mindestens ein physikalisches Treibmittel mit einem Siedepunkt von weniger als 0 °C und gegebenenfalls Co-Treibmittel, sowie
F) gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die isocyanatreaktive Komponente B) mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Gewichtsanteile von A) bis F) = 100 Gew.-%, eines Polyethercarbonatpolyols enthält.
In einer zweiten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß der ersten Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A) mindestens 90 Gew.-% aromatische Polyisocyanate, bezogen auf A) = 100 Gew.-%, enthält.
In einer dritten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß einer der Ausführungsformen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente B) ein Polyol mit einer Funktionalität Fn von 1,0 bis 4,0, bevorzugt 1,5 bis 3,5, besonders bevorzugt 1,9 bis 3,0, enthält. In einer vierten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Einkomponenten- Reaktionssystem gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente B) ein Polyetherpolyol mit einer OH-Zahl von 50 bis 300 mg KOH/g, bevorzugt 75 bis 275 mg KOH/g, insbesondere bevorzugt 100 bis 250 mg KOH/g, enthält. In einer fünften Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaumstabilisator C) Verbindungen mit einer Strukturformel (II)
(ID mit x, y = ganze Zahl > 0 und x/y = Dimethylsiloxananteil < 5, n, m= ganze Zahl > 0 und n/m = Ethylenoxid / Propylenoxid - Verhältnis;
A = Aryl, Alkyl oder H eingesetzt werden.
In einer sechsten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 5 umfassend die folgenden Komponenten: 30 bis 70 Gew.-% organische Polyisocyanatkomponente A),
15 bis 50 Gew.-% isocyanatreaktive Komponente B),
0,2 bis 4,0 Gew.-% eines Schaumstoffstabilisators C),
0,1 bis 1,0 Gew.-% an Katalysator D) und
10 bis 30 Gew.-% mindestens eines physikalischen Treibmittels mit einem Siedepunkt von weniger als 0 °C sowie gegebenenfalls Co-Treibmittel (Komponente E), und 0,0 bis 20,0 Gew.-% Hilfs- und Zusatzstoffe (Komponente F), jeweils bezogen auf A) + B) + C) + D) + E) + F) = 100 Gew.-%.
In einer siebten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isocyanat-Kennzahl 350 bis 550 beträgt.
In einer achten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Ein- komponenten-Reaktionssystems durch Umsetzung der organischen Polyisocyanatkomponente A) mit
B) einer isocyanatreaktiven Komponente, deren isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen ausschließlich solche mit wenigstens einem Zerewitinoff-reaktiven Wasserstoffatom sind, in Anwesenheit von
C) mindestens einem Schaumstabilisator,
D) mindestens einem Katalysator, der geeignet ist, die Reaktion des Semipräpolymers mit der Luftfeuchtigkeit zu katalysieren,
E) mindestens einem physikalischen Treibmittel mit einem Siedepunkt von weniger als 0 °C und gegebenenfalls Co-Treibmittel, sowie
F) gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die isocyanatreaktive Komponente B) mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe der
Gewichtsanteile von A) bis F) = 100 Gew.-%, eines Polyethercarbonatpolyols enthält.
In einer neunten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Po lyurethan-Hartschaumstoffs, erhältlich durch Vermischen und Umsetzen der Komponenten A) bis F) eines Einkomponenten-Reaktionssystems nach einer der Ausführungsformen 1 bis 7 unter Ein- Wirkung von Feuchtigkeit.
In einer zehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Hartschaumstoffs, umfassend die Schritte a) Herstellung eines Einkomponenten-Reaktionssystems nach einem Verfahren gemäß der achten Ausführungsform und b) Einwirken von Feuchtigkeit auf das in Schritt a) hergestellte Einkomponenten- Reaktionssystem.
In einer elften Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Polyurethan-Hartschaumstoff, erhält lich nach einem Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 9 oder 10. In einer zwölften Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines Einkomponenten- Reaktionssystems nach einer der Ausführungsformen 1 bis 7 als 1-K Montageschaumstoff, wobei das Einkomponenten-Reaktionssystem in einen Druckbehälter eingefüllt ist.
In einer dreizehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Druckbehälter, insbesondere einen Einwegdruckbehälter, enthaltend ein Einkomponenten-Reaktionssystem nach einer der Aus- führungsformen 1 bis 7.
In einer vierzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung von Polyurethan- Hartschaumstoffen gemäß der elften Ausführungsform für Anwendungen in der Bauindustrie.
Experimenteller Teil
Die Herstellung der erfindungsgemäßen PUR-Hartschaumstoffe erfolgt nach einem dem Fachmann bekannten Zweistufenverfahren, bei dem die Reaktionskomponenten diskontinuierlich miteinander zur Reaktion gebracht werden und dann in bzw. auf geeignete Formen/Substrate/Hohlräume zur Aushärtung gebracht werden. Beispiele sind in USA-A 2 761 565, in G. Oertel (Hrsg.)„Kunst stoff-Handbuch“, Band VII, Carl Hanser Verlag, 3. Auflage, München 1993, S. 284 ff., sowie in K. Uhlig (Hrsg.)„Polyurethan Taschenbuch“, Carl Hanser Verlag, 2. Auflage, Wien 2001, S. 83-102 beschrieben.
Die Messung der Hydroxylzahlen wurde mittels NfR-Spektroskopie (Lambda 950, Perkin-Elmer, PC-gesteuert) durchgeführt. Die Kombinationsschwingung der v(OH)- und d(OH)- Grundschwingungen wurden im Bereich von 2050 bis 2100 nm für die in den Beispielen eingesetz ten Proben und Kalibrierproben gemessen. Die Proben und Kalibrierproben wurden für die Mes sungen auf 20°C temperiert. Als Kalibrierproben wurden Polyetherpolyole eingesetzt, deren OH- Zahl gemäß der Norm DIN 53240-2 (1998) ermittelt wurde. Die Ergebnisse der NIR-Spektroskopie der Proben wurden mit den Ergebnissen der Kalibrierproben nach der Max-Min-Methode vergli chen und daraus die OH-Zahl der Proben ermittelt.
Für die Bestimmung des NCO-Gehalts im Polyisocyanat wurde die Norm EN ISO 11909 (2007) angewendet.
Einsatzstoffe Polyol 1 linearer Propylenglykol gestarteter Propylenoxidpolyether, Äquivalentgewicht
501 g/mol, OH-Zahl 112 mg KOH/g
Polyol 2 Glycerin-gestarteter Propylenoxidpolyether, Äquivalentgewicht 243 g/mol, OH- Zahl 231 mg KOH/g
Polyol 3 Glycerin-gestarteter Propylenoxidpolyether, Äquivalentgewicht 360 g/mol, OH- Zahl 156 mg KOH/g
Polyol 4 lineares Propylenglykol gestarteter Polyethercarbonatpolyol, Äquivalentgewicht
500 g/mol, OH-Zahl 112 mg KOH/g
Polyol 5 Glycerin-gestartetes Polyethercarbonatpolyol, Äquivalentgewicht, 355 g/mol,
OH-Zahl 158 mg KOH/g Polyol 6 Glycerin/Propylenglykol-gestartetes Polyethercarbonatpolyol, Äquivalentgewicht
330 g/mol, OH-Zahl 170 mg/KOH FM Flammschutzmittel, Tris(2-chlorisopropyl)phosphat (TCPP) Stab 1 Polyethersiloxan Schaumstabilisator (TEGOSTAB B 8870, Fa. Evonik) Stab 2 Polyethersiloxan Schaumstabilisator (Niax Silicone L-6164, Fa. Momentive) Stab 3 Polyethersiloxan Schaumstabilisator (TEGOSTAB B 8871, Fa. Evonik) Zellöffner Polysiloxan (Tegiloxan 100, Fa. Evonik) Katalysator 2,2‘ -Dimorpholinyldiethylether (DMDEE) Treibmittel 1 n-Butan Treibmittel 2 Isobutan (Fa. Merck) Treibmittel 3 Dimethylether (Fa. Merck) Treibmittel 4 Propan
Polyisocyanat Desmodur® 44V20F, polymeres MDI mit einem Isocyanatgehalt von 31,5 Gew.- % (Fa. Covestro Deutschland AG)
Herstellung der lK-Formulierungen in Einweg-Druckbehältern
Zur Herstellung der lK-Formulierungen in Einweg-Druckbehältern wurde nacheinander die benö- tigte Menge der Polyolkomponenten in einem Mischbehälter vorgelegt und mit entsprechenden Mengen an Katalysator, Treibmittel und Hilfs- und Zusatzmittel vermischt (Tabelle 2). Anschlie ßend wurde die Mischung in einen Einweg-Druckbehälter überführt hn Anschluss wurde die der Kennzahl entsprechend Menge Polyisocyanat der Dose zugegeben und diese mit einem Ventil dicht verschlossen. Über das aufgesetzte Ventil wurden mittels einer entsprechenden Dosiereinheit die benötigten Mengen an Treibmittel zugesetzt. Abschließend wurde der Einweg-Druckbehälter bis zur vollständigen Homogenisierung der lK-Formulierung geschüttelt. Die so hergestellten 1K- Formulierungen sind nachfolgend in den Beispielen der Tabelle 3 angegeben.
Bestimmung der Schwindung / Quellung (Dimensionsstabilität)
Der PUR-Hartschaumstoff wird aus der Dose in eine Form (600 mm x 30 mm x 60 mm) ausgetra- gen, welche mit Papier ausgekleidet und mit Wasser besprüht ist. Nach 1 Tag wird der entstandene PUR-Hartschaumstoffstrang aus der Form entnommen. In der Mitte des Stranges (bei 300 mm) wird die Dicke mit einem Dickenmesser gemessen. Das Verhältnis von PUR- Hartschaumstoffstrangdicke zur Formbreite (30 mm) stellt die Dimensionsstabilität (Schwin dung/Quellung) dar. Die Dicke der Mitte des Strangs (bei 300 mm) wird nochmals 7 Tage nach dem Verschäumen mit einem Dickenmesser gemessen. Die zur Aushärtung erforderliche Feuchtig keit wird über das Besprühen des Papiers mit Wasser geliefert. Diese Verfahrensweise ist unab hängig von der jeweilig vorherrschenden Luftfeuchtigkeit und liefert die reproduzierbarsten Er gebnisse. Alle Ergebnisse zu den gemäß der vorliegenden Anmeldung hergestellten 1-K Reaktionssystemen sowie den hieraus hergestellten Polyurethan-Hartschaumstoffen (Freischäumen) und deren Eigen schaften sind in der Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 2: lK-Formulierung
* Vergleichsbeispiel
Tabelle 3: Dosenrezeptur
* Vergleichsbeispiel
Die Beispiele 1, 3 und 5 wurden ohne Verwendung eines Polyethercarbonatpolyols hergestellt und führen zu einer starken Quellung (Beispiel 1) bzw. Schwindung (Beispiel 3 und 5) des PUR- Hartschaumstoffs. Der Austausch der Polyetherpolyole aus Beispiel 1 und 3 durch entsprechende Polyethercarbonatpolyole führt in den Beispielen 2 und 4 zu einer deutlich reduzierten Quellung bzw. Schwindung der erhaltenen PUR-Hartschaumstoffe. Ebenfalls wird eine deutlich verbesserte Dimensionsstabilität des PUR-Hartschaumstoffes in Beispiel 6 durch den Einsatz von mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Gewichtsanteile von A) bis F) = 100 Gew.-%, eines Po- lyethercarbonatpolyols als isocyanatreaktive Komponente im Vergleich zu Beispiel 5 erhalten.

Claims

Patentansprüche :
1. Einkomponenten-Reaktionssystem zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen, um fassend die folgenden Bestandteile:
A) mindestens eine organische Polyisocyanatkomponente,
B) mindestens eine isocyanatreaktive Komponente, deren isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen ausschließlich solche mit wenigstens einem Zerewitinoff-reaktiven Wasser stoffatom sind,
C) mindestens einen Schaumstabilisator,
D) mindestens einen Katalysator, der geeignet ist, die Reaktion der Polyisocyanatkompo nente A) mit der isocyanatreaktiven Komponente B) zu katalysieren,
E) mindestens ein physikalisches Treibmittel mit einem Siedepunkt von weniger als 0 °C und gegebenenfalls Co-Treibmittel, sowie
F) gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die isocyanatreaktive Komponente B) mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Gewichtsanteile von A) bis F) = 100 Gew.-%, eines Polyethercarbonatpolyols enthält.
2. Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A) mindestens 90 Gew.-% aromatische Polyisocyanate, bezogen auf A) = 100 Gew.-%, enthält.
3. Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente B) ein Polyol mit einer Funktionalität Fn von 1,0 bis 4,0, bevorzugt 1,5 bis 3,5, besonders bevorzugt 1,9 bis 3,0, enthält.
4. Einkomponenten- Reaktionssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Komponente B) ein Polyetherpolyol mit einer OH-Zahl von 50 bis 300 mg KOH/g, bevorzugt 75 bis 275 mg KOH/g, insbesondere bevorzugt 100 bis 250 mg KOH/g, enthält.
5. Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass als Schaumstabilisator C) Verbindungen mit einer Strukturformel (I)
mit x, y = ganze Zahl > 0 und x/y = Dimethylsiloxananteil < 5, n, m= ganze Zahl > 0 und n/m = Ethylenoxid / Propylenoxid - Verhältnis;
A = Aryl, Alkyl oder H eingesetzt werden.
Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 umfassend die folgen den Komponenten:
30 bis 70 Gew.-% organische Polyisocyanatkomponente A),
15 bis 50 Gew.-% isocyanatreaktive Komponente B),
0,2 bis 4,0 Gew.-% eines Schaumstoffstabilisators C),
0,1 bis 1,0 Gew.-% an Katalysator D) und
10 bis 30 Gew.-% mindestens eines physikalischen Treibmittels mit einem Siedepunkt von weniger als 0 °C sowie gegebenenfalls Co-Treibmittel (Komponente E), und
0,0 bis 20,0 Gew.-% Hilfs- und Zusatzstoffe (Komponente F), jeweils bezogen auf A) + B) + C) + D) + E) + F) = 100 Gew.-%.
7. Einkomponenten-Reaktionssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Isocyanat-Kennzahl 350 bis 550 beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Einkomponenten-Reaktionssystems durch Umsetzung der organischen Polyisocyanatkomponente A) mit B) einer isocyanatreaktiven Komponente, deren isocyanatreaktiven funktionellen Gruppen ausschließlich solche mit wenigstens einem Zerewitinoff-reaktiven Wasserstoffatom sind, in Anwesenheit von C) mindestens einem Schaumstabilisator,
D) mindestens einem Katalysator, der geeignet ist, die Reaktion des Semipräpolymers mit der Luftfeuchtigkeit zu katalysieren,
E) mindestens einem physikalischen Treibmittel mit einem Siedepunkt von weniger als 0 °C und gegebenenfalls Co-Treibmittel, sowie F) gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die isocyanatreaktive Komponente B) mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Gewichtsanteile A) bis F) = 100 Gew.-%, eines Polyethercarbonatpolyols enthält.
9. Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Hartschaumstoffs, erhältlich durch Vermischen und Umsetzen der Komponenten A) bis F) eines Einkomponenten-Reaktionssystems nach ei nem der Ansprüche 1 bis 7 unter Einwirkung von Feuchtigkeit.
10. Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Hartschaumstoffs, umfassend die Schritte a) Herstellung eines Einkomponenten-Reaktionssystems nach einem Verfahren gemäß Anspruch 8 und b) Einwirken von Feuchtigkeit auf das in Schritt a) hergestellte Einkomponenten-
Reaktionssystem.
11. Polyurethan-Hartschaumstoff, erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10.
12. Verwendung eines Einkomponenten-Reaktionssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als 1-K Montageschaumstoff, wobei das Einkomponenten-Reaktionssystem in einen Druckbehäl- ter eingefüllt ist.
13. Druckbehälter, insbesondere ein Einwegdruckbehälter, enthaltend ein Einkomponenten- Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
14. Verwendung von Polyurethan-Hartschaumstoffen gemäß Anspruch 11 für Anwendungen in der Bauindustrie.
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