ES2207880T3 - Carbodiimidas a base de 1,3-bis- (1- metil-1- isocianatoetil)-benceno. - Google Patents

Carbodiimidas a base de 1,3-bis- (1- metil-1- isocianatoetil)-benceno.

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Abstract

EL OBJETO DE LA INVENCION SON CARBODIIMIDAS A BASE DE 1,3 BIS - (1 - METIL - 1 - ISOCIANATO - ETIL) - BENCENO QUE CONTIENEN 12 A 40 % EN PESO DE UNIDADES DE OXIDO DE ETILENO [- CH SUB,2 - CH 2 - O - ], CON RELACION AL PESO DE LAS CARBODII MIDAS.

Description

Carbodiimidas a base de 1,3-bis-(1-metil-1-isocianatoetil)-benceno.
La invención se refiere a carbodiimidas a base de 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno, que contienen un 12 a un 40% en peso de unidades de óxido de etileno [-CH_{2}-CH_{2}-O-], referido al peso de carbodiimidas.
Por lo demás, la invención se refiere a procedimientos para la obtención de estas carbodiimidas, y a mezclas que contienen estas carbodiimidas, y a compuestos que presentan estructuras de éster, preferentemente poliuretanos, que presentan estructuras de éster.
Las carbodiimidas orgánicas son conocidas, encuentran empleo, a modo de ejemplo, como estabilizador contra la degradación por hidrólisis de compuestos que contienen grupos éster, a modo de ejemplo productos de poliadición y policondensación, como por ejemplo poliuretanos. Se pueden obtener carbodiimidas según procedimientos conocidos generalmente, a modo de ejemplo mediante acción de catalizadores sobre mono- o poliisocianatos bajo eliminación de dióxido de carbono. Como catalizadores son apropiados, por ejemplo, compuestos heterocíclicos, que contienen fósforo enlazado, por ejemplo fosfolinas, fosfolenos y fosfolidinas, así como sus óxidos y sulfuros y/o carbonilos metálicos.
Se describen tales carbodiimidas, su obtención y empleo como estabilizadores contra la disociación hidrolítica de materiales sintéticos a base de poliéster, por ejemplo, en la DE-A 4 318 979, la DE-A 4 442 724 y EP-A 460 481.
En especial para la obtención de elastómeros a base de poliuretanos, a modo de ejemplo elastómero de poliuretano celulares o microcelulares, se ha mostrado conveniente mezclar las carbodiimidas como estabilizadores en el componente, que contiene agua como agente de reticulado y propulsión, para evitar una reacción de grupos ácido con las carbodiimidas.
Precisamente la miscibilidad, y con ello la incorporación de carbodiimidas conocidas en tal sistema acuoso, resultan generalmente complicadas debido a la baja solubilidad.
La DE-A 4 318 979 describe el empleo de 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno para la obtención de carbodiimidas y/o policarbodiimidas oligómeras con grupos isocianato, urea y/o uretano terminales. Los grupos isocianato terminales de las carbodiimidas descritas en este documento se hacen reaccionar con compuestos habituales, reactivos frente a isocianatos. Si bien las carbodiimidas descritas en los ejemplos poseen un carácter suficientemente hidrófilo debido a la reacción con polioxietilenglicoles, a causa de las fracciones muy elevadas en unidades de óxido de etileno, y son convenientemente miscibles con componentes acuosos, no obstante, los elastómeros de poliuretano, que se obtienen con estas carbodiimidas, muestran peores propiedades mecánicas en comparación con elastómeros, que se obtienen sin estabilizador. Resultan posibilidades de mejora para estas carbodiimidas mediante la influencia de estabilizadores sobre las propiedades dinámicas y mecánicas, en especial de elastómeros de poliuretano espumados.
Por consiguiente, la tarea de la presente invención consistía en desarrollar carbodiimidas como estabilizadores contra la disociación hidrolítica de materiales sintéticos a base de poliéster, que presentaran una aptitud para incorporación óptima en los componentes de partida de los materiales sintéticos, o bien en los propios materiales sintéticos, y que además no influyeran negativamente sobre las propiedades dinámicas y estáticas de los materiales sintéticos, en especial de elastómeros de poliuretano.
Sorprendentemente, se pudo solucionar este problema mediante carbodiimidas a base de 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno, que contiene un 12 a un 40% en peso, preferentemente un 15 a un 35% en peso de unidades de óxido de etileno [-CH_{2}-CH_{2}-O-], referido al peso de carbodiimida.
La obtención de carbodiimidas según la invención se efectúa esencialmente mediante dos pasos de reacción. Por una parte (1) se generan estructuras de carbodiimida mediante reacción de grupos isocianato entre sí, conocida generalmente, bajo eliminación de dióxido de carbono en presencia de catalizadores habituales, que son conocidos para esta reacción y se describieron inicialmente, por otra parte (2) se hacen reaccionar grupos isocianato con compuestos reactivos frente a isocianatos, para la obtención de estructuras de uretano y/o urea. El orden de ambos pasos de procedimiento esenciales (1) y (2) es arbitrario, en tanto se presenten grupos isocianato libres para la respectiva reacción.
A modo de ejemplo, se puede obtener las carbodiimidas según la invención de tal manera que se haga reaccionar 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno, en presencia de catalizadores bajo eliminación de dióxido de carbono, para dar carbodiimidas, y a continuación la carbodiimida que presenta grupos isocianato con al menos un compuesto reactivo frente a isocianatos (i), que presenta unidades de óxido de etileno [-CH_{2}-CH_{2}-O-]. La proporción molar de grupos NCO de la carbodiimida que presenta grupos isocianato respecto a los grupos reactivos frente a isocianatos, asciende habitualmente a 10:1 a 0,2:1, preferentemente a 5:1 a 0,5 a 0,5:1, de modo especialmente preferente 1:1 a 0,5:1 y, en especial, 1:1.
Alternativamente se pueden obtener las carbodiimidas según la invención haciéndose reaccionar 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno con al menos un compuesto (i), que presenta unidades de óxido de etileno [-CH_{2}-CH_{2}-O-], ascendiendo la proporción de grupos isocianato empleados respecto a grupos reactivos frente a isocianatos al menos a 2 : 1, y haciéndose reaccionar a continuación el producto de reacción que presenta grupos isocianato para dar carbodiimidas en presencia de catalizadores, bajo liberación de dióxido de carbono.
Según esta etapa de procedimiento, se hace reaccionar en primer lugar hasta un 50% en peso, preferentemente hasta un 23% en peso de grupos isocianato del diisocianato con los compuestos reactivos frente a isocianatos, y después se condensan los grupos isocianato libres completa o parcialmente para dar carbodiimidas y/o policarbodiimidas oligómeras, en presencia de catalizadores bajo liberación de dióxido de carbono.
Preferentemente se lleva a cabo en primer lugar la reacción para dar las carbodiimidas, y a continuación se hace reaccionar la carbodiimida que presenta grupos isocianato con los compuestos reactivos frente a isocianatos.
Las unidades de óxido de etileno en las carbodiimidas se introducen en las carbodiimidas mediante los compuestos reactivos frente a isocianatos (i). Por lo tanto, según la invención, en la obtención de carbodiimidas según la invención se emplea como compuestos reactivos frente a isocianatos (i) aquellos que presentan unidades de óxido de etileno, preferentemente al menos 5, de modo especialmente preferente 6 a 200 unidades de óxido de etileno, y que presentan habitualmente un peso molecular promedio en número de 200 a 10.000 g/mol. Las unidades de óxido de etileno, que se pueden representar como la siguiente estructura [-CH_{2}-CH_{2}-O-], pueden estar dispuestas en bloques, o distribuidas en el compuesto (i). Estos compuestos reactivos frente a isocianatos según la invención (i) se pueden obtener, a modo de ejemplo, mediante el alcoxilado, habitual generalmente, de substancias iniciadoras con hidrógeno activo, a modo de ejemplo agua, monooles, dioles, trioles, mono-, di- y/o triaminas, habitualmente con pesos moleculares de 18 a 500 g/mol, habitualmente en presencia de catalizadores conocidos en general, a modo de ejemplo hidróxidos metálicos alcalinos o alcoholatos, con óxidos de alquileno, a modo de ejemplo óxido de etileno, óxido de propileno y/o óxido de butileno, empleándose según la invención óxido de etileno, en caso dado en mezcla con al menos un óxido de alquileno adicional. Debido a este proceso de obtención, a modo de ejemplo, estos compuestos reactivos frente a isocianatos (i) presentan grupos hidroxilo como grupos reactivos, que reaccionan con los isocianatos.
En la obtención de carbodiimidas según la invención se emplean estos compuestos reactivos frente a isocianatos según la invención (i) en mezcla con otros compuestos reactivos frente a isocianatos (ii), que presentan menos de 5, o no presentan unidades de óxido de etileno. Como compuestos reactivos frente a isocianatos adicionales entran en consideración, a modo de ejemplo, compuestos que portan al menos uno, habitualmente 1 a 3 grupos reactivos, entrando en consideración como grupos reactivos, por ejemplo, grupos hidroxilo, tiol, grupos amino primarios y/o secundarios. Estas substancias a emplear, en caso dado adicionalmente a los compuestos reactivos frente a isocianatos según la invención (i), presentan habitualmente pesos moleculares de 32 a 500 g/mol. A modo de ejemplo, entran en consideración compuestos que generan grupos uretano y/o urea mediante su reacción con isocianatos. A modo de ejemplo, se pueden emplear compuestos aromáticos, alifáticos y/o aralifáticos con 1 a 20 átomos de carbono, que contienen grupos hidroxilo y/o amina como grupos reactivos frente a isocianatos. A modo de ejemplo, se pueden emplear como compuestos que presentan grupos reactivos frente a isocianatos compuestos orgánicos con al menos un grupo hidroxilo, con al menos un grupo amino y/o al menos un grupo hidroxilo, y al menos un grupo amino. A modo de ejemplo, se pueden emplear los alcoholes citados en la DE-A 4 318 979. Además, se pueden emplear polioles aromáticos, aralifáticos y/o alifáticos, con 2 a 20 átomos de carbono. Por ejemplo, se pueden citar: 1,2-etanodiol, 1,3-propanodiol, 1,2-propanodiol, 1,4-, 2,4- y/o 2,3-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,7-heptanodiol, 1,8-octanodiol, 1,10-decanodiol, neopentilglicol, 2-metil-1,3-propanodiol, 2- y 3-metil-1,5-pentanodiol, los isómeros de bis(hidroxi-metil- o -etil) benceno, hidroxialquiléteres de dihidroxibencenos, trimetilolpropano, glicerina, pentaeritrita y/o azúcares, a modo de ejemplo con 4, 5 o 6 grupos hidroxilo.
Como aminas se deben emplear aminas con al menos un grupo amino primario y/o secundario. A modo de ejemplo, se deben citar: aminas del intervalo de peso molecular de 31 a 500 g/mol, preferentemente de 60 a 300 g/mol, que contienen al menos un grupo amino primario o secundario. Otros ejemplos son diaminas, como diaminoetano, diaminopropano, diaminobutano, diaminopentano, diaminohexano, piperazina, 2,5-dimetilpiperazina, 1-amino-3,3,5-trimetil-5-aminometil-ciclohexano (isoforondiamina, IPDA), 4,4'-diaminodiciclohexilmetano, 1,4-diaminociclohexano, aminoetiletanolamina, hidracina, hidrato de hidracina y/o triaminas, como dietilen-triamina, y/o 1,8-diamino-4-aminometiloctano.
Además se pueden emplear aminas que se derivan de las citadas aminas substituyéndose uno o varios grupos amino primarios por otros substituyentes, como por ejemplo grupos alquilo, para dar grupos amino secundarios. Por lo demás, también se pueden emplear compuestos que presentan tanto al menos un grupo hidroxilo, como también al menos un grupo amino, a modo de ejemplo etanolamina, propanolamina, isopropanolamina, aminoetiletanolamina, o N-alquilaminas derivadas de las mismas.
Se citan alcoholes y aminas convenientes, por ejemplo, en la DE-A 4 318 979, página 4, líneas 29 a 33.
Preferentemente se emplean los compuestos reactivos frente a isocianatos según la invención (i) junto con compuestos monofuncionales, para regular el peso molecular de las carbodiimidas según la invención, en especial si se hacen reaccionar los diisocianatos para dar las carbodiimidas en un primer paso, y a continuación se efectúa la reacción de carbodiimidas que contienen grupos isocianato con los compuestos reactivos frente a isocianatos. Como compuestos monofuncionales reactivos frente a isocianatos, se pueden emplear, a modo de ejemplo, aminas, y preferentemente alcoholes. Las aminas apropiadas, por ejemplo aminas primarias, o preferentemente secundarias, poseen ventajosamente 1 a 12 átomos de carbono, preferentemente de 2 a 8 átomos de carbono. A modo de ejemplo, cítense metil-, etil-, propil-, butil-, pentil-, hexil-, 2-etilhexil-, octil-, decil-, dietil-, y propil-, dibu-til-, metilbutil-, etilbutil- y etilhexilamina, así como ciclohexil- y bencilamina. No obstante, la saturación de grupos isocianato encuentran empleo preferentemente alcoholes, por ejemplo alcoholes primarios o secundarios con 1 a 18 átomos de carbono, preferentemente 2 a 8 átomos de carbono. Como alcoholes primarios o secundarios, cítense, a modo de ejemplo: metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, butanol secundario, n-pentanol, mezclas industriales de pentanol, n-hexanol, mezclas industriales de hexanol, 2-etilhexanol, octanol, 2-etiloctanol, decanol y dodecanol, así como ciclohexanol y alcohol bencílico.
Además son preferentes productos de alcoxilado, como los compuestos (i), pero con la condición de que contengan menos de 5 OE. Tales productos de alcoxilado no contribuyen a la hidrofilia de las carbodiimidas según la invención; por lo tanto, no se deben considerar en el cálculo contenido en OE. A modo de ejemplo, en este caso se deben citar monoalquiléteres de mono-, di-, tri- y tetraetilenglicol, como monobutiléter de dietilenglicol o monoetiléter de dietilenglicol.
Como compuestos reactivos frente a isocianatos para la obtención de carbodiimida según la invención se emplea una mezcla que contiene:
(i)
compuestos reactivos frente a isocianatos, que presentan al menos unidades de óxido de etileno, y que ya se describieron inicialmente, y
(ii)
compuestos reactivos frente a isocianatos, preferentemente al menos un monoalcohol y/o una monoamina, de modo especialmente preferente al menos un monoalcohol, que no presenta, o que presenta menos de 5 unidades de óxido de etileno.
En la reacción de grupos isocianato con los compuestos reactivos frente a isocianatos se emplea el compuesto reactivo frente a isocianatos (i), preferentemente en exceso respecto a los grupos isocianato, de modo especialmente preferente con una proporción NCO respecto al grupo reactivo frente a isocianatos de 1:0,1 a 1:0,9. Preferentemente se hacen reaccionar a través de los monooles los grupos isocianato remanentes. No obstante, también se pueden conservar grupos isocianato de la carbodiimida. La proporción molar de (i):(ii) asciende preferentemente a 0,1 : 1 a 9 : 1.
En cualquier caso, en la obtención de las carbodiimidas según la invención, mediante el tipo de compuestos reactivos frente a isocianatos, a modo de ejemplo mediante la proporción de (i) a (ii), se debe garantizar que en los productos de procedimiento según la invención, las carbodiimidas, esté contenido un 12 a un 40% en peso de unidades de óxido de etileno, referido al peso total de carbodiimidas.
El paso de procedimiento (1) para la obtención de carbodiimidas según la invención mediante reacción de diisocianatos, se puede efectuar a temperaturas elevadas, por ejemplo a temperaturas de 50 a 200ºC, preferentemente de 150 a 185ºC, convenientemente en presencia de catalizadores, bajo eliminación de dióxido de carbono. Se describen procedimientos apropiados a tal efecto, a modo de ejemplo, en la GB-A-1 083 410, la DE-A 1 130 594 y la DE-A 11 56 401.
Como catalizadores han dado buen resultado particularmente, por ejemplo, compuestos de fósforo, que se seleccionan preferentemente a partir del grupo de fosfolenos, óxidos de fosfoleno, fosfolidinas y óxidos de fosfolina. Si la mezcla de reacción posee el contenido deseado en grupos NCO, se concluya habitualmente la formación de policarbodiimida. A tal efecto, se pueden separar los catalizadores por destilación bajo presión reducida, o desactivar mediante adición de un desactivador, como por ejemplo tricloruro de fósforo. Además se puede llevar a cabo la obtención de policarbodiimida en ausencia o presencia de disolventes inertes bajo las condiciones de reacción.
Mediante selección apropiada de las condiciones de reacción, como por ejemplo de la temperatura de reacción, el tipo de catalizador y la cantidad de catalizador, a sí como el tiempo de reacción, el especialista puede ajustar de modo habitual el grado de condensación. El desarrollo de la reacción se puede seguir, en el más sencillo de los casos, mediante determinación del contenido en NCO. También se puede recurrir a otros parámetros, como por ejemplo aumento de viscosidad, intensificación de color o desprendimiento de CO_{2}, para el seguimiento del desarrollo y el control de la reacción.
Para la obtención de carbodiimida según la invención se emplea como diisocianato 1,3-bis-(fenol-metil-1-isocianato-etil)-benceno, a continuación denominado también TMXDI. Se puede emplear el TMXDI en mezclas con otros isocianatos, habituales generalmente, a modo de ejemplo diisocianato de hexametileno, 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometil-ciclohexano (diisocianato de isoforona), diisocianato de di(ciclohexil)metano, diisocianato de trimetilhexametileno, diisocianato de dodecano, diisocianato de octano y/o 1,4-diisocianato de ciclohexano. En este caso, preferentemente se emplea de modo concomitante al menos un 30% en moles de TMXDI. Por consiguiente, las carbodiimidas según la invención presentan al menos una de las siguientes unidades estructurales, que representa la estructura carbodiimida del diisocianato según invención:
1
A modo de ejemplo, las carbodiimidas según la invención pueden presentar la siguiente estructura:
2
en la que
R
puede significar restos iguales o diferentes, a modo de ejemplo
-NHCONHR^{1}- o -NHCOOR^{1},
resultando R^{1} y R^{2} de los compuestos reactivos frente a isocianatos, que se describieron ya inicialmente en forma de compuestos (i) y (ii) a modo de ejemplo, y pudiéndose unir la estructura formada con otras estructuras de carbodiimida,
n
puede significar, a modo de ejemplo, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
pudiendo ser n, como se indica, un número entero o -en media estadística- fraccionario.
Las carbodiimidas según la invención contienen al menos una, preferentemente una a veinte estructuras de carbodiimida, de modo especialmente preferente, el grado de condensación medio (valor de media numérica), es decir, el número medio de estructuras carbodiimida en las carbodiimidas según la invención, asciende a 1 hasta 10. Por lo demás, los compuestos según la invención contienen estructuras uretano y/o urea, que se producen mediante la reacción de grupos isocianato, de los diisocianatos empleados en la obtención, con compuestos reactivos frente a isocianato.
Las estructuras de carbodiimida de los compuestos según la invención están unidas a hidrocarburos no aromáticos. Esto ofrece la ventaja esencial de que, en una disociación de las carbodiimidas, no se liberan aminas aromáticas, y, por consiguiente, las carbodiimidas según la invención son sensiblemente menos toxicológicas que las carbodiimidas descritas, a modo de ejemplo, en la EP-A 460 481.
A partir de las carbodiimidas según la invención, en la reacción con ácidos carboxílicos y/o compuestos que contienen grupos carboxilo, en el caso de carbodiimidas a base de TMXDI se producen isocianatos aralifáticos con una reactividad reducida en comparación con isocianatos aromáticos. Por lo tanto, los isocianatos aralifáticos formados no influyen prácticamente, a modo de ejemplo comparativo, sobre el índice característico de una reacción de poliadición en el caso de una formación de uretano. Por consiguiente, los pesos moleculares de los poliuretanos formados, y en relación con ello sus propiedades mecánicas, son constantes y muy convenientemente reproducibles.
Las carbodiimidas según la invención muestran una acción protectora contra la hidrólisis y estabilidad a la luz elevada, al menos comparable con las carbodiimidas aromáticas y policarbodiimidas aromáticas utilizadas industrialmente, y se pueden introducir sin problema en los productos de policondensación y poliadición que contienen grupos éster, bajo consideración de las prescripciones de protección en el trabajo. Las carbodiimidas son convenientemente compatibles con los productos de poliadición y policondensación que contienen grupos éster, en especial con cauchos de poliesteruretano, y también son miscibles sin problema con estos materiales en la fusión de manera homogénea.
Las monocarbodiimidas y/o policarbodiimidas oligómeras según la invención son extraordinariamente apropiadas como aceptor para compuestos carbonílicos, y, por consiguiente, encuentran empleo preferentemente como estabilizadores contra la degradación hidrolítica de compuestos que contienen grupos éster, a modo de ejemplo polímeros que contienen grupos éster, por ejemplo productos de policondensación, como por ejemplo poliésteres termoplásticos, como tereftalato de polietileno y polibutileno, polieterésteres, poliamidas, poliesteramidas, policaprolactonas, así como resinas de poliéster insaturadas y ésteres de poliéster, como por ejemplo polímeros en bloque de tereftalato de polietileno o polibutileno y policaprolactona, y productos de poliadición, por ejemplo poliuretanos, poliureas y elastómeros de poliuretano-poliurea, que contienen grupos éster. Estos compuestos que contienen grupos éster son conocidos generalmente. Sus substancias de partida, procedimientos de obtención, estructuras y propiedades, se describen frecuentemente en la literatura estándar. Debido a la buena solubilidad de los componentes estructurales para la obtención de poliuretanos, y la buena compatibilidad con los poliuretanos formados, las (poli)carbodiimidas según la invención son apropiadas en especial como estabilizadores contra la degradación hidrolítica de poliuretanos, preferentemente elastómeros de poliuretano compactos o celulares, y en especial poliuretanos termoplásticos, así como elastómeros celulares o compactos.
Si las carbodiimidas según la invención presentan grupos isocianato terminales, a modo de ejemplo si se emplea una carbodiimida que presenta grupos isocianato con un exceso en grupos reactivos frente a isocianatos, se pueden emplear las carbodiimidas en la obtención de productos de poliadición mediante reacción de isocianatos con compuestos reactivos frente a isocianatos. Por lo demás, se pueden emplear las carbodiimidas según la invención como estabilizadores de materiales sintéticos que contienen poliamidas habituales, homo- o polímeros de polioximetileno, que son conocidos en sí por el especialista, y que se describen en la literatura.
Por lo demás, se pueden emplear las carbodiimidas según la invención como reticulantes en o para látices acuosos. Se describe látices acuosos, a modo de ejemplo, en la DE-A 3 512 918, la EP-A 548815, la EP-A 582 983 y la EP-A 686 626.
La concentración de carbodiimidas según la invención en los productos de policondensación o poliadición a estabilizar, que contienen grupos éster, asciende en general a un 0,05 hasta un 10% en peso, preferentemente de un 0,1 a un 5% en peso, referido al peso total de la mezcla. En casos aislados, según el esfuerzo del material sintético debido a hidrólisis, la concentración puede ser también más elevada.
Se pueden introducir las carbodiimidas empleables según la invención en los productos que contienen grupos éster a estabilizar según diferentes métodos. A modo de ejemplo, se pueden mezclar las carbodiimidas según la invención con uno de los componentes estructurales para la obtención de productos de poliadición, por ejemplo los poliisocianatos y/o compuestos polihidroxílicos para la obtención de poliuretanos, o se pueden añadir con dosificación las carbodiimidas a la mezcla de reacción para la obtención de poliuretanos. Según otro modo de procedimiento, se pueden incorporar las carbodiimidas según la invención a la fusión de productos de poliadición o policondensación que han reaccionado completamente. No obstante, también es posible revestir granulados de productos de poliadición o policondensación con las carbodiimidas según la invención, o mezclar con las carbodiimidas pulverizadas, pelletizadas o granuladas según la invención, e introducir en las masas de material sintético en una obtención subsiguiente de cuerpos moldeados, mediante extrusión en fusión. Para la obtención de elastómeros de colada de poliuretano y TPU a base de poliéster, según una forma de realización preferente se tratan en primer lugar los poliesterpolioles que contienen grupos carboxilo, para la reducción de los contenidos en ácido, con las carbodiimidas según la invención, y después se hace reaccionar éstas, en caso dado bajo adición de cantidades adicionales de carbodiimidas, con poliisocianatos, en caso dado en presencia de agentes auxiliares y aditivos, adicionales. Además, las carbodiimidas según la invención se pueden introducir en el poliuretano a través del componente de isocianato. Especialmente son eficaces las carbodiimidas según la invención si se introducen en el polímero que contiene grupos éster durante la confección habitual.
De modo especialmente preferente se emplean las carbodiimidas según la invención en la obtención de poliuretanos, por ejemplo poliuretanos celulares, a modo de ejemplo microcelulares, en especial elastómeros de poliuretano. La obtención de éstos poliuretanos, en especial elastómeros de poliuretano, se puede efectuar mediante reacción conocida de componentes de partida habituales, es decir, isocianatos, compuestos reactivos frente a isocianatos, agentes propulsores, preferentemente agua, y en caso dado catalizadores, agentes auxiliares y/o aditivos, en presencia de las carbodiimidas según la invención. En este caso se añade preferentemente las carbodiimidas según la invención al componente que contiene el agente propulsor, preferentemente agua.
Como componentes de partida para la obtención de poliuretanos, en especial de elastómeros de poliuretano, pueden encontrar empleo, a modo de ejemplo, los siguientes compuestos.
Como diisocianatos se pueden emplear isocianatos habituales generalmente, preferentemente isocianatos orgánicos. En particular cítense, a modo de ejemplo: diisocianatos de alquileno con 4 a 12 átomos de carbono en el resto alquileno, como diisocianatos de 1,12-dodecano, 1,4-diisocianatos de 2-etiltetrametileno, 1,5-diisocianato de 2-metilpentametileno, 1,4-diisocianato de tetrametileno, diisocianatos de éster de lisina (LDI) y/o 1,6-diisocianato de hexametileno (HDI); diisocianatos cicloalifáticos, como 1,3- y 1-4-diisocianato de ciclohexano, así como cualquier mezcla de estos isómeros, diisocianato de 2,4- y 2,6-hexahidrotoluileno, así como las correspondientes mezclas de isómeros, diisocianatos de 4,4'-, 2,2' y 2,4'-diciclohe-xilmetano, así como las correspondientes mezclas de isómeros y/o 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano (IPDI). Por lo demás, entran en consideración di- y poliisocianatos aromáticos, como por ejemplo diisocianato de 2,4- y 2,6-toluileno, y las correspondientes mezclas de isómeros, diisocianatos de 4,4'-, 2,4'- y 2,2'-difenilmetano, y las correspondientes mezclas de isómeros, diisocianatos de naftileno, poliisocianato de polifenil-polimetileno, mezclas de diisocianatos de 4,4'-, 2,4' y 2,4'-difenilmetano y poliisocianatos de polifenilpolimetileno (MDI crudo), y mezclas de MDI crudo y diisocianato de toluileno. Además se pueden emplear di- y/o poliisocianatos que contienen grupos éster, urea, alofanato, isocianurato biuret, uretdiona y/o uretano, en el procedimiento según la invención.
Se pueden emplear los isocianatos por separado o en mezclas.
Como compuestos reactivos frente a isocianatos se pueden emplear compuestos conocidos generalmente, con un peso molecular habitual de 60 a 10.000, que contienen al menos 1, preferentemente 2 a 6 grupos reactivos frente a isocianato, a modo de ejemplo grupos hidroxilo, tio y/o amino. Por ejemplo, han dado buen resultado polioles seleccionados a partir del grupo de polieterpolioles, poliesterpolioles, politioéter-polioles, poliacetales que contienen grupos hidroxilo y policarbonatos alifáticos que contienen grupos hidroxilo, o mezclas de al menos dos de los citados polioles. Preferentemente encuentran aplicación poliesterpolioles y/o polieterpolioles, preferentemente polieter- y poliesterpolioles.
Como polieterpolioles cítense, a modo de ejemplo: politetrahidrofurano, polieterpolioles, que se obtienen mediante adición habitual de óxidos de alquileno en moléculas iniciadoras, adicionándose preferentemente óxido de etileno en último lugar, mediante lo cual se generan grupos hidroxilo primarios en los polieterpolioles mediante las unidades de óxido de etileno terminales. Los polieterpolialcoholes presentan preferentemente un peso molecular de 450 a 8.000. Se pueden obtener polieterpolioles apropiados, a modo de ejemplo, a partir de ácidos dicarboxílicos orgánicos con 2 a 12 átomos de carbono, preferentemente ácidos dicarboxílicos alifáticos con 4 a 6 átomos de carbono, y alcoholes polivalentes, preferentemente dioles, con 2 a 12 átomos de carbono, preferentemente 2 a 6 átomos de carbono. A modo de ejemplo, entran en consideración como ácidos dicarboxílicos: ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido subérico, ácido azeláico, ácido sebácico, ácido decanodicarboxílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido ftálico, ácido isoftálico y ácido tereftálico. En este caso, se pueden emplear los ácidos dicarboxílicos tanto por separado, como también en mezcla entre sí. En lugar de los ácidos dicarboxílicos libres, también se pueden emplear los correspondientes derivados de ácido dicarboxílico, como por ejemplo dicarboxilatos de alcoholes con 1 a 4 átomos de carbono, o anhídridos de ácido dicarboxílico. Preferentemente se emplean mezclas de ácidos dicarboxílicos de ácido succínico, glutárico y adípico, en proporciones cuantitativas, a modo de ejemplo, de 20 a 35 : 35 a 50 : 20 a 32 partes en peso, y en especial ácido adípico. Son ejemplos de alcoholes di- y polivalentes, en especial dioles: etanodiol, etilenglicol, 1,2-, o bien 1,3-propanodiol, dipropilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, 1-10-decanodiol, neopentilglicol, glicerina y trimetilolpropano. Preferentemente se emplean etanodiol, dietilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, neopentilglicol, o mezclas de al menos dos de los dioles citados, en especial mezclas de 1,4-butanodiol, 1,5-pentano-diol y/o 1,6-hexanodiol. Además se pueden emplear poliesterpolioles de lactonas, por ejemplo \varepsilon-caprolactona o ácidos hidroxicarboxílicos, por ejemplo ácido \omega-hidroxicaprónico.
Los poliesterpolioles poseen preferentemente una funcionalidad de 2 a 4, en especial 2 a 3, y un peso molecular de 480 a 4000, preferentemente de 600 a 3000 y, en especial 600 a 2500.
Como compuestos reactivos frente a isocianatos, se pueden emplear, en caso dado, dioles y/o trioles con pesos moleculares de 62 a 400, como agente de prolongación de cadenas y/o reticulantes en el procedimiento según la invención. No obstante, para la modificación de las propiedades mecánicas, por ejemplo de la dureza, se puede mostrar ventajosa la adición de agentes de prolongación de cadenas como agentes reticulantes o en caso dado, también mezclas de los mismos. Estos agentes de prolongación de cadenas y/o reticulantes presentan preferentemente un peso molecular de 62 a 300. A modo de ejemplo, entran en consideración dioles alifáticos, cicloalifáticos y/o aralifáticos, con 2 a 14, preferentemente 4 a 10 átomos de carbono, como por ejemplo etilenglicol, 1,2- y 1,3-propanodiol, 1,10, 1,2-decanodiol, 1,3- y 1,4-dihidroxiciclohexano, dietilenglicol, dipropilenglicol, y preferentemente 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, y bis-(2-hidroxietil)-hidroquinona, trioles, como 1,2,4- y 1,3-5-trihidroxi-ciclohexano, glicerina y trimetilolpropano, y óxidos de polialquileno de bajo peso molecular que contienen grupos hidroxilo, a base de óxido de etileno y/o 1,2-propileno, y los dioles y/o trioles citados anteriormente como moléculas iniciadoras.
En tanto para la obtención de espumas de poliuretano encuentren aplicación agentes de prolongación de cadenas, agentes reticulantes, a modo de ejemplo agua, mezclas de los mismos, se emplean éstos convenientemente en una cantidad de un 0 a un 20% en peso, preferentemente de un 2 a un 8% en peso, referido al peso de compuestos reactivos frente a isocianatos empleados en total.
Como agentes propulsores se pueden emplear agentes propulsores de acción química y/o física. Son apropiados como tales agentes propulsores de acción física líquidos que son inertes frente a poliisocianatos, en caso dado modificados, y que presentan puntos de ebullición por debajo de 100ºC, preferentemente por debajo de 50ºC, en especial entre -50ºC y 30ºC a presión atmosférica, de modo que se evaporan bajo la influencia de la reacción de poliadición exotérmica. Son ejemplos de tales líquidos empleables preferentemente alcanos, como heptano, hexano y n- e iso-pentano, preferentemente mezclas industriales de n- e iso-pentanos, n- e iso-butano y propano, cicloalcanos, como ciclopentano y/o ciclohexano, éteres, como furano, dimetiléter y dietiléter, cetonas, como acetona y metiletilcetona, carboxilatos, como formiato de metilo, oxalato de dimetilo y acetato de etilo, e hidrocarburos halogenados, como por ejemplo hidrocarburos fluorados y/o hidrocarburos clorados habituales, como por ejemplo diclorometano. También se pueden emplear mezclas de estos líquidos de bajo punto de ebullición entre sí, y/o con otros hidrocarburos substituidos o no substituidos. Como agente propulsor de acción química se emplea preferentemente agua, que reacciona con grupos isocianato bajo formación de dióxido de carbono. De modo especialmente preferente se emplea agua, en caso dado en combinación con otros agentes propulsores. Además son apropiados ácidos carboxílicos orgánicos, como por ejemplo ácido fórmico, ácido acético, ácido oxálico, ácido ricinoléico y compuestos que contienen grupos carboxilo.
La cantidad empleada de agente propulsor de acción física se sitúa preferentemente en un 0,5 hasta un 25% en peso, de modo especialmente preferente un 3 a un 15% en peso, referido respectivamente al peso de compuestos reactivos frente a isocianatos empleados en total.
Preferentemente se añade el agua como componente reticulante a un prepolímero.
Como catalizadores se pueden emplear compuestos conocidos generalmente, que aceleran intensamente la reacción de grupos isocianato con los grupos reactivos frente a isocianatos, empleándose preferentemente un contenido en catalizador total de un 0,001 a un 15% en peso, en especial un 0,05 a un 6% en peso, referido al peso de compuestos reactivos frente a isocianatos empleados en total, a modo de ejemplo los siguientes compuestos: trietilamina, tributilamina, dimetilbencilamina, diciclohexilmetilamina, dimetilciclohexilamina, N,N,N',N'-tetrametil-diamino-dietiléter, bis-(dimetilaminopropil)-urea, N-metil-, o bien N-etilmorfolina, N-ciclohexilmorfolina, N,N,N',N'-tetrametiletilendiamina, N,N,N',N'-tetrametilbu-tanodiamina, N,N,N',N'-tetrametil-1,6-hexanodiamina, pentametildietilentriamina, dimetilpiperazina, N-dimetilaminoetilpiperidina, 1,2-dimetilimidazol, 1-azabiciclo-(2,2,0)-octano, 1,4-diazabiciclo-(2,2,2)-octano (Dabco) y compuestos de alcanolamina, como trietanolamina, triisopropanolamina, N-metil-y N-etildietanolamina, dimetilaminoetanol, 2-(N,N-dimetilaminoetoxi)etanol, N,N',N''-tris-(dialquilaminoalquil)hexahidro-triazinas, por ejemplo N,N',N''-tris-(dimetil-aminopropil)-s-hexahidrotriazina, trietilendiamina, pentametilendietilentriamina y/o bis(dimetilamino)éter, cloruro de hierro(II), cloruro de cinc, octoato de plomo, dioctoato de estaño, dietilhexoato de estaño, dibutilestañodilaurato, y/o mercáptido de dibutildilaurilestaño, 2,3-dimetil-3,4,5,6-tetrahidropirimidina, hidróxidos de tetraalquilamonio, como hidróxido de tetrametilamonio, hidróxidos alcalinos, como hidróxido sódico, y alcoholatos alcalinos, como metilato sódico e isopropilato potásico, así como sales alcalinas de ácidos grasos de cadena larga con 10 a 20 átomos de carbono y, en caso dado grupos OH terminales.
Como substancias auxiliares y/o aditivos cítense, a modo de ejemplo: substancias tensioactivas, estabilizadores de espuma, reguladores celulares, cargas, colorantes, pigmentos, agentes ignífugos, substancias de acción fungistática y bacteriostática.
Para la obtención de poliuretanos, en especial de elastómeros de poliuretano, se hacen reaccionar los isocianatos y los compuestos reactivos frente a isocianatos en presencia de carbodiimidas según la invención, en cantidades tales que la proporción de equivalencia de grupos NCO de isocianatos respecto a la suma de átomos de hidrógeno reactivos de los compuestos reactivos frente a isocianatos, asciende a 0,85 a 1,25 : 1, preferentemente 0,95 a 1,15 : 1, y en especial 1 a 1,05 : 1. Si los poliuretanos contienen grupos isocianurato al menos parcialmente, se aplica habitualmente una proporción de grupos NCO respecto a la suma de átomos de hidrógeno reactivos de 1,5 a 60 : 1, preferentemente 1,5 a 8 : 1.
Como compuestos, o bien grupos reactivos frente a isocianatos, por definición de este documento no se debe entender isocianatos o grupos isocianato. Las carbodiimidas según la invención, en tanto contengan grupos isocianato, o grupos reactivos frente a isocianatos, se deben incluir en el anterior cálculo.
Ventajosamente se obtienen los poliuretanos según el procedimiento de una etapa, o el procedimiento de prepolímero, a modo de ejemplo con ayuda de la técnica de alta presión o de baja presión, en herramientas de moldeo abiertas o cerradas, a modo de ejemplo herramientas de moldeo metálicas. También es habitual la aplicación continua de la mezcla de reacción en trenes de cintas transportadoras apropiados para la generación de paneles.
Se ha mostrado especialmente ventajoso trabajar según el procedimiento de dos componentes, y reunir los compuestos reactivos frente a isocianatos, el agente propulsor o los agentes propulsores, y en caso dado los catalizadores, substancias auxiliares y/o aditivos, en el componente (A), y emplear como componente (B) los isocianatos, o mezclas de los isocianatos, y en caso dado agentes propulsores.
En este caso, las carbodiimidas según la invención se incorporan preferentemente en el componente A, de modo especialmente preferente en el agente de prolongación de cadenas y/o reticulante, en caso dado contenido en el mismo.
Precisamente en el caso de empleo como estabilizadores en elastómeros de poliuretano, las carbodiimidas según la invención muestran sus claras ventajas frente a las conocidas. En especial, los estabilizadores según la invención no tienen influencia negativa sobre las propiedades estáticas y dinámicas de los elastómeros de poliuretano. Las carbodiimidas según la invención, debido a su contenido en óxido de etileno, se pueden incorporar muy convenientemente en componentes acuosos, además, los elastómeros de poliuretano obtenidos según la invención muestran propiedades claramente mejoradas en comparación con elastómeros que se obtienen con carbodiimidas conocidas, por ejemplo, por la DE-A 43 18 979.
Además de la eficacia como estabilizador contra la degradación hidrolítica de productos de poliadición o policondensación que contienen grupos éster, o para el desacidificado de poliesteroles, que se pueden emplear para la obtención de materiales sintéticos que contienen poliéster, en especial cauchos de poliuretano, las carbodiimidas son apropiadas, por ejemplo, también para la interrupción de reacciones de esterificado en la obtención de poliésteres, si se ha alcanzado el grado de policondensación deseado.
Ejemplos
Se calentaron 750 partes en peso (3,1 moles) de 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno, con un contenido en NCO de un 34,4% en peso, en presencia de 1,5 partes en peso, referido al isocianato, de 1-óxido de 1-metil-2-fosfoleno, en medio exento de disolvente a 180ºC, y se condensaron a esta temperatura bajo desprendimiento moderado de dióxido de carbono. Una vez alcanzado un contenido en NCO de la mezcla de reacción de aproximadamente un 11% en peso, se separó por destilación el catalizador añadido y restos de 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno, no transformado, a una temperatura de 180ºC y a una presión de 1 mbar.
Se obtuvo en tres cargas diferentes respectivamente 570 partes en peso de una mezcla de carbodiimidas con un contenido en NCO de
CDI 1: 8,0%
CDI 2: 10,9% y
CDI 3: 7,9%,
que presentaban un contenido en grupos -N=C=N- de aproximadamente un 15% en peso (calculado), un punto de fusión < 30ºC y un índice de color de yodo de 5 a 7, medido según DIN 6162.
A) Obtención de carbodiimidas.
A continuación se hicieron reaccionar las carbodiimidas (CDI) 1, 2 ó 3 en un matraz de agitación con los alcoholes indicados en la tabla 1 a 140ºC, hasta que se había alcanzado un contenido en CO < 0,2% en peso.
Como compuesto (i) se empleó un metoxipolioxietilenalcohol con un peso molecular promedio en número de 520 g/mol y un contenido en unidades de OE de un 94,0% en peso.
Los compuestos (ii) empleados están indicados en la tabla 1.
Se calcularon las cargas de modo que siempre era válido \Sigma (A+B) /NCO = 1.
(Tabla pasa a página siguiente)
3
B) Obtención de elastómeros de PUR.
Para la obtención de elastómeros de PUR se obtuvo un prepolímero a partir de 1000 partes en peso de adipato de etilenglicol (índice de hidroxilo 56) y 380 g de 4, 4'-MDI.
A partir de las carbodiimidas y etoxilatos de ácido ricinoleico y oleico descritos anteriormente como estabilizadores de espumado, se obtuvo el componente reticulante con un contenido en agua de un 37,3%.
Se seleccionó la cantidad de carbodiimida de modo que se obtuvo una fracción de un 0,8% en peso de la respectiva carbodiimida en el elastómero de PU acabado.
Se añadió el componente reticulante obtenido de este modo al prepolímero enfriado a 90ºC bajo agitación intensiva. En este caso, la proporción de equivalencia NCO / OH ascendía a 1,07.
Tras un tiempo de agitación de un total de 8 segundos se cargó la mezcla de reacción en un molde obturable calentado a 90ºC, se endureció 25 minutos. El molde estaba configurado de modo que se obtendría un resorte de ensayo cilíndrico con tres estricciones de segmento, y una altura de 100 mm, un diámetro externo de 50 mm, y un diámetro interno de 10 mm. Tras desmoldeo se sometió el resorte a un endurecimiento térmico subsiguiente a 110ºC durante 16 horas.
Para el control de las propiedades dinámica o -mecánicas se expusieron los resortes a 100.00 cambios de carga con una fuerza de 6 kN y una frecuencia de 1,2 Hz. Se determina el valor asentamiento SB según la ecuación
SB = (H_{o} - H_{r}) * 100 / H_{o}
H_{o} es la altura del resorte antes del comienzo del control; H_{r} es la altura del resorte tras el control, medida después de 24 horas de almacenaje a 23ºC/50% de humedad relativa.
Se analizaron los resortes visualmente para verificar su estado tras el control. la indicación "tras< número >ex" significa que el resorte estaba destruido después de < número > de cambios de carga. "i.o." significa "en orden". Se analizaron invariablemente dos resortes / receta.
Las propiedades medidas están representadas en la tabla 2.
(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 2
4
De estos resultados de medida se desprende que las carbodiimidas según la invención conducen a productos con propiedades claramente mejoradas, en especial en el caso de empleo como estabilizadores en el elastómero de poliuretano.

Claims (11)

1. Carbodiimidas a base de 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno, que contienen un 12 a un 40% en peso de unidades de óxido de etileno [-CH_{2}-CH_{2}-O-], referido al peso de carbodiimidas.
2. Procedimiento para la obtención de carbodiimidas a base de 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno, que contienen un 12 a un 40% en peso de unidades de óxido de etileno [-CH_{2}-CH_{2}-O-], referido al peso de carbodiimidas, caracterizado porque se hace reaccionar 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno en presencia de catalizadores, bajo eliminación de dióxido de carbono, para dar carbodiimidas, y a continuación se hace reaccionar la carbodiimida que presenta grupos isocianato con un compuesto (i) reactivo frente a isocianatos, que presenta unidades de óxido de etileno [-CH_{2}-CH_{2}-O-], y empleándose como compuestos reactivos frente a isocianatos para la obtención de carbodiimidas una mezcla que contiene:
(i)
compuestos reactivos frente a isocianatos, que presentan al menos 5 unidades de óxido de etileno, y
(ii)
compuestos reactivos frente isocianatos, que no presentan, o que presentan menos de 5 unidades de óxido de etileno.
3. Procedimiento para la obtención de carbodiimidas a base de 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno, que contienen un 12 a un 40% en peso de unidades de óxido de etileno [-CH_{2}-CH_{2}-O-], referido al peso de carbodiimidas, caracterizado porque se hace reaccionar 1,3-bis-(1-metil-1-isocianato-etil)-benceno con al menos un compuesto (i), que presenta unidades de óxido de etileno [-CH_{2}-CH_{2}-O-], ascendiendo la proporción de grupos isocianato empleados respecto a grupos reactivos frente a isocianato al menos a 2 : 1, y a continuación se hace reaccionar el producto de reacción que presenta grupos isocianato, en presencia de catalizadores bajo liberación de dióxido de carbono, para dar carbodiimidas, y empleándose como compuestos reactivos frente a isocianatos para la obtención de carbodiimidas una mezcla que contiene:
(i)
compuestos reactivos frente a isocianatos, que presentan al menos 5 unidades de óxido de etileno, y
(ii)
compuestos reactivos frente isocianatos, que no presentan, o que presentan menos de 5 unidades de óxido de etileno.
4. Carbodiimidas obtenibles mediante un procedimiento según una de las reivindicaciones 2 y 3.
5. Mezclas que contienen compuestos, que presentan estructuras de éster, y carbodiimidas según la
\hbox{reivindicación 1.}
6. Mezclas que contienen carbodiimidas según la reivindicación 1 y al menos un compuesto del siguiente grupo: poliuretanos que presentan estructuras de éster, productos de policondensación, como poliésteres termoplásticos, como tereftalato de polietileno y polibutileno, polieteréster, poliesterésteres, poliesteramidas, policaprolactonas, resinas de poliéster insaturadas y poliamidas.
7. Mezclas según la reivindicación 5 ó 6, que contienen carbodiimidas según la reivindicación 1, en una cantidad de un 0,05 a un 10% en peso, referido al peso total de la mezcla.
8. Empleo de carbodiimidas según la reivindicación 1, como estabilizadores contra la degradación hidrolítica de compuestos que contienen grupos éster.
9. Procedimiento para la obtención de poliuretanos mediante reacción de isocianatos, compuestos reactivos frente a isocianatos, agentes propulsores, y en caso dado catalizadores, substancias auxiliares y/o aditivos, caracterizado porque la reacción se efectúa en presencia de carbodiimidas según la reivindicación 1.
10. Poliuretanos obtenibles mediante un procedimiento según la reivindicación 9.
11. Empleo de carbodiimidas según la reivindicación 1 como reticulantes para látices acuosos.
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