WO2005033168A1 - Verfahren zur herstellung von polyolmischungen - Google Patents

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WO2005033168A1 PCT/EP2004/010722 EP2004010722W WO2005033168A1 WO 2005033168 A1 WO2005033168 A1 WO 2005033168A1 EP 2004010722 W EP2004010722 W EP 2004010722W WO 2005033168 A1 WO2005033168 A1 WO 2005033168A1
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polyurethanes
graft
preparation
mixtures
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Jan-Michael DREISÖRNER
Johann Knake
Maria Thomas
Marion Wenzel
Bernd Zaschke
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Basf Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of polyol mixtures, as they can be used for the production of polyurethanes.
  • polyurethanes by reacting polyisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms has long been known and has been described many times.
  • compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms it is generally polyols, in particular polyether alcohols and / or polyester alcohols, which are used.
  • polyols are used which contain fillers. Frequently used as fillers are polymers of ethylenically unsaturated compounds, in particular styrene and / or acrylonitrile, which are produced in-situ in the polyol.
  • polystyrene resins are also generally known and, for example, in Kunststoffhandbuch, Volume 7 "Polyurethane", 3rd edition 1993, Carl Hanser Verlag Kunststoff Vienna, in Section 3.3.1.1, closer described.
  • the graft polyols are mostly used in the production of flexible polyurethane foams.
  • it has been proven to produce graft polyols with a high content of polymer, hereinafter also referred to as a filler, and then mix this with unfilled polyol, so as to adapt the content of fillers to the respective requirements.
  • a filler a high content of polymer
  • the range of graft polyols can be reduced, which leads to a better utilization of the production facilities and to a simplification of warehousing.
  • the use of graft polyols therefore takes place in a mixture with other polyols.
  • PCT / EP03 / 02576 describes producing graft polyols having a solids content in the range from 30 to 65% by weight and then adjusting the desired solids content in the polyol mixture by mixing with other polyols. The mixing takes place discontinuously, usually in stirred tanks.
  • this mixture of graft polyols is made with the other polyols immediately prior to the preparation of the polyurethanes. It is also customary to dispense the individual polyols separately from one another into the metering device for the production of polyurethane. However, it has been shown that the polyurethanes thus produced have an insufficient quality. Thus, the foams have an irregular, disturbed foam structure and tend to Risstrucku ⁇ g. The object of the invention was therefore to find a process for the preparation of graft polyols-containing polyol mixtures, which can be processed into polyurethanes, in particular polyurethane foams with good quality.
  • the high mixing quality can preferably be achieved by continuous mixing, in particular using a static mixer. In this embodiment, a particularly thorough and gentle mixing occurs.
  • the invention thus relates to a process for the preparation of mixtures of polyols for further processing into polyurethanes containing at least one graft polyol, characterized in that the mixing of the polyols takes place between the preparation of the polyols and the preparation of the polyurethanes by means of a continuous mixing process.
  • the invention further provides a process for the preparation of polyurethanes by reacting
  • the invention furthermore relates to the mixtures of polyols and polyurethanes prepared therefrom by the process according to the invention.
  • the polyurethanes produced by the process according to the invention are mostly polyurethane flexible foams.
  • the graft polyols used to make the polyol blends may be polyether alcohols or polyester alcohols. Suitable graft polyether alcohols are described, for example, in PCT / EP03 / 02576. Graft polyester alcohols are described, for example, in EP 622384.
  • polystyrene and acrylonitrile olefinically unsaturated monomers, usually styrene and acrylonitrile
  • carrier Polyle polyols
  • the polymers are usually present in the carrier polyols in the form of particles. These usually have a diameter in the range between 0.1 and 4 microns. Larger diameter particles would lead to problems in the further processing of the graft polyols.
  • suitable graft polyols usually have a hydroxyl number in the range between 10 and 50 mgKOH / g, preferably between 15 and 45 mgKOH / g.
  • carrier polyols usually soft foam polyether alcohols are used. These usually have a hydroxyl number in the range between 20 and 100 mgKOH / g and are usually prepared by addition of alkylene oxides to difunctional and trifunctional alcohols, such as glycerol, trimethylolpropane, ethylene glycol or propylene glycol.
  • Alcohols which can be mixed with the graft polyols are usually the polyether and / or polyester alcohols customary and known for the production of polyurethane foams.
  • Suitable polyester alcohols can be prepared, for example, from organic dicarboxylic acids having 2 to 12 carbon atoms, preferably aliphatic dicarboxylic acids having 8 to 12 carbon atoms and polyhydric alcohols, preferably diols, having 2 to 12 carbon atoms, preferably 2 to 6 carbon atoms.
  • Suitable dicarboxylic acids are, for example: succinic acid, glutaric acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, decanedicarboxylic acid, maleic acid, fumaric acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid and the isomeric naphthalene-dicarboxylic acids, preferably adipic acid.
  • the dicarboxylic acids can be used both individually and in admixture with each other. Instead of the free dicarboxylic acids, it is also possible to use the corresponding dicarboxylic acid derivatives, such as dicarboxylic acid esters of alcohols having 1 to 4 carbon atoms or dicarboxylic acid anhydrides.
  • dihydric and polyhydric alcohols in particular diols, are ethanediol, diethylene glycol, 1,2- or 1,3-propanediol, dipropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1 , 10-decanediol, glycerol and trimethylolpropane.
  • ethanediol diethylene glycol, 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol or mixtures of at least two of said diols, in particular mixtures of 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol and 1, 6-hexanediol.
  • polyester polyols from lactones, for example ⁇ -caprolactone or hydroxycarboxylic acids, for example hydroxycaproic acid and hydroxybenzoic acids.
  • the hydroxyl number of the polyester alcohols is preferably in the range between 40 and 100 mgKOH / g.
  • the polyether alcohols used are prepared by known processes, for example by anionic polymerization with alkali metal hydroxides or alkali metal alkoxides as catalysts and with the addition of at least one starter molecule containing 2 to 3 reactive hydrogen atoms, prepared from one or more alkylene oxides having 2 to 4 carbon atoms in the alkylene radical.
  • Suitable alkylene oxides are, for example, tetrahydrofuran, 1, 3-propylene oxide, 1, 2 or 2,3-butylene oxide and preferably ethylene oxide and 1, 2-propylene oxide.
  • the alkylene oxides can be used individually, alternately in succession or as mixtures. Preference is given to mixtures of 1, 2-propylene oxide and ethylene oxide, wherein the ethylene oxide is used in amounts of 10 to 50% as ethylene oxide endblock (EO-cap), so that the resulting polyols have more than 70% primary OH end groups.
  • EO-cap ethylene oxide endblock
  • Suitable starter molecules are water or dihydric and trihydric alcohols, such as ethylene glycol, propanediol 1, 2 and 1, 3, diethylene glycol, dipropylene glycol, butanediol 1, 4, glycerol, trimethylolpropane, etc.
  • the polyether alcohols preferably polyoxyalkylene glycols.
  • propylene-polyoxyethylene polyols have a functionality of 2 to 3 and molecular weights of from 1,000 to 8,000, preferably from 2,000 to 7,000.
  • a mixer as stated, preferably static mixers are used.
  • Such apparatuses are generally known to the person skilled in the art.
  • Such an apparatus for mixing liquids is described, for example, in EP 0 097 458.
  • Static mixers are usually tubular apparatus with fixed internals, which serve to mix the streams of material over the pipe cross-section.
  • Static mixers can be used in continuous processes to perform various process engineering operations, such as mixing, mass transfer between two phases, chemical reactions, or heat transfer.
  • the homogenization of the starting materials is effected by a pressure gradient generated by means of a pump.
  • two basic mixing principles can be distinguished.
  • laminar flow-through mixers In laminar flow-through mixers is homogenized by division and rearrangement of the flow of the individual components. By continuously doubling the number of layers, the layer thicknesses are reduced so far until a complete macro-mixing is achieved.
  • the micro-mixing by diffusion processes depends on the residence time.
  • spiral mixers or cross channel mixers are used for mixing tasks with laminar flow.
  • the laminar flow resembles a normal pipe flow with low shear forces and a narrow residence time distribution.
  • Vortexes are generated in turbulent flow-through mixers in order to homogenize the individual material flows in this way.
  • cross-channel mixers and special turbulence mixers are suitable.
  • Both types of mixers can be used for the process according to the invention.
  • the internals used usually consist of flow-dividing and deflecting, three-dimensional geometric bodies, which lead to a rearrangement, mixing and reunification of the individual components.
  • Static mixers are commercially available mixing apparatuses and are offered, for example, by the company Fluitec Georg AG, Neftenbach, Switzerland for various fields of application.
  • polyol mixtures produced in this way are storage-stable and can be mixed without problems with the other components required for the production of the polyurethanes, which will be discussed in more detail below.
  • polystyrene foams can be reacted with polyisocyanates to form polyurethanes, in particular to flexible polyurethane foams.
  • the polyisocyanates used are the customary and known (cyclo) aliphatic and / or especially aromatic polyisocyanates.
  • diphenylmethanediisocyanate (MDI) and / or tolylenediisocyanate (TDI) are used to prepare the flexible polyurethane foams according to the invention.
  • MDI diphenylmethanediisocyanate
  • TDI tolylenediisocyanate
  • the polyisocyanates can be used both in the form of the pure compounds and in modified form, for example as uretdiones, isocyanurates, aliophanates or biurets, in particular but in the form of urethane and isocyanate-containing reaction products, so-called isocyanate prepolymers, are used.
  • low molecular weight chain extenders and crosslinkers can also be used. These include low molecular weight, polyhydric alcohols, preferably diols and / or triols, with molecular weights of less than 400 Da, preferably from 60 to 300 Da, more preferably from 60 to 200 Da.
  • polyhydric alcohols preferably diols and / or triols
  • molecular weights of less than 400 Da, preferably from 60 to 300 Da, more preferably from 60 to 200 Da.
  • aliphatic, cycloaliphatic and / or araliphatic diols e.g. Alkanediols having 2 to 14, preferably 2 to 6 carbon atoms and / or dialkylene glycols having 4 to 8, preferably 4 to 6 carbon atoms. Examples of these are glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol and / or diamines, such as ethylenediamine, and / or amino alcohols, such as
  • the preparation of the flexible polyurethane foams is usually carried out in the presence of catalysts, blowing agents and customary auxiliaries and / or additives.
  • the blowing agent used for the process according to the invention is usually water which reacts with isocyanate groups to form carbon dioxide.
  • the amounts of water which are expediently used, depending on the desired density of the foams 0.1 to 8 parts by weight, preferably 1, 5 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms.
  • so-called physically acting blowing agents can also be used in admixture with water.
  • Such preferably usable liquids are hydrocarbons, such as pentane, n- and iso-butane and propane, ethers, such as dimethyl ether and diethyl ether, ketones, such as acetone and methyl ethyl ketone, ethyl acetate and preferably halogenated hydrocarbons, such as methylene chloride, trichlorofluoromethane, dichlorodifluoromethane, Dichloromonofluoromethane, dichlorotetrafluoroethane and 1, 1, 2-trichloro-1, 2,2-trifluoroethane. It is also possible to use mixtures of these low-boiling liquids with one another and / or with other substituted or unsubstituted hydrocarbons.
  • hydrocarbons such as pentane, n- and iso-butane and propane
  • ethers such as dimethyl ether and diethyl ether
  • ketones such as acetone and
  • the amount of physical blowing agent required in addition to water can be easily determined depending on the desired foam density and is about 0 to 50 parts by weight, preferably 0 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms.
  • customary polyurethane catalysts are incorporated into the reaction mixture.
  • basic polyurethane catalysts for example tertiary amines, such as dimethylbenzylamine, dicyclohexylmethylamine, dimethylcyclohexylamine, N, N, N ', N'-tetramethyl-diamino-diethyl ether, bis (dimethylamino-propyl) -urea, N-methyl or N-ethylmorpholine, dimethylpiperazine, pyridine,
  • metal salts such as iron (II) chloride, zinc chloride, lead octoate and preferably tin salts, such as tin dioctoate, tin diethylhexoate and dibutyltin dilaurate and, in particular, mixtures of tertiary amines and organic tin salts, are also suitable to 10% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight of catalyst based on tertiary amines and / or 0.01 to 0.5% by weight, preferably 0.05 to 0.25% by weight of metal salts on the weight of polyhydroxyl compounds.
  • Auxiliaries and / or additives can also be incorporated into the reaction mixture. Examples which may be mentioned are stabilizers, hydrolysis inhibitors, pore regulators, fungistatic and bacteriostatic substances, dyes, pigments, fillers, surfactants and flame retardants.
  • surface-active substances which serve to assist the homogenization of the starting materials and, if appropriate, are also suitable for regulating the cell structure of the foams are suitable.
  • examples which may be mentioned are, for example, siloxane-oxyalkylene copolymers and other organopolysiloxanes, oxethylated alkylphenols, ethoxylated fatty alcohols, paraffin oils, castor oil or ricinoleic acid esters, which are present in amounts of 0.2 to 8, preferably 0.5 to 5 parts by weight per 100 Parts by weight polyhydroxyl compounds are applied.
  • flame retardants are compounds containing phosphorus and / or halogen atoms, e.g. Tricresyl phosphate, tris-2-chloroethyl phosphate, tris-chloropropyl propane and tris-2,3-dibromopropyl phosphate.
  • inorganic flame retardants for example antimony trioxide, arsenic oxide, ammonium phosphate and calcium sulfate, or melamine for flameproofing the polyurethane foams.
  • inorganic flame retardants for example antimony trioxide, arsenic oxide, ammonium phosphate and calcium sulfate, or melamine for flameproofing the polyurethane foams.
  • the organic polyisocyanates a) are reacted with the compounds having at least two active hydrogen atoms in the presence of the abovementioned blowing agents, catalysts and auxiliaries and / or additives.
  • the polyol mixture according to the invention and the blowing agents, catalysts and auxiliaries and / or additives mentioned are frequently combined prior to the reaction to form a so-called polyol component and these are combined with the isocyanate component.
  • the preparation of the polyol component can also be carried out continuously by means of static mixer.
  • the invention enables the simple production of polyol mixtures of graft polyols.
  • the polyurethanes produced using the polyol mixtures according to the invention have a better cell structure than those in which the mixture was carried out in another way.
  • This mixture was mixed with 3.5 parts by weight of water, 1.1 parts by weight of foam stabilizer Tegostab ® BF 2370, 0.2 parts by weight of amine catalyst Lupragen ® N201 / N206 in a weight ratio of 3: 1 and 0.18 wt. Parts stannous octoate mixed. This mixture was indexed at 110 with toluene diisocyanate 20/80 in one
  • Example 2 The procedure was as in Example 1, except that 36 parts by weight of Graftpolyols and 64 parts by weight of the polyether alcohol were used.
  • the polyol mixture had a solids content of 15% by weight.
  • the table shows that the foams produced by the process according to the invention have better processing properties and better mechanical properties than those produced by conventional processes.

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Abstract

Zusammenfassung Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Mischungen aus Polyolen zur Weiterverarbeitung zu Polyurethanen, enthaltend mindestens ein Graft-Polyol, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung der Polyole zwischen der Herstellung der Polyole und der Herstellung der Polyurethane mittels eines kontinuierlichen Mischverfahrens erfolgt.

Description

Verfahren zur Herstellung von Polyolmischungen
Beschreibung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyolmischungen, wie sie zur Herstellung von Polyurethanen eingesetzt werden können.
Die Herstellung von Polyurethanen durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen ist seit langem bekannt und wurde vielfach beschrieben. Als Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen werden zumeist Polyole, insbesondere Polyetheralkohole und/oder Polyesteralkohole, eingesetzt. Für viele Anwendungsfälle werden Polyole eingesetzt, die Füllstoffe enthalten. Häufig werden als Füllstoffe Polymerisate aus ethylenisch ungesättigten Verbindungen, ins- besondere Styrol und/oder Acrylnitril, die in-situ im Polyol erzeugt werden, eingesetzt. Derartige Polyole, häufig auch als Polymer-Polyole oder Graft-Polyole bezeichnet, sind ebenfalls allgemein bekannt und beispielsweise im Kunststoffhandbuch, Band 7 „Polyurethane", 3. Auflage 1993, Carl-Hanser-Verlag München Wien, im Abschnitt 3.3.1.1 , näher beschrieben.
Die Graft-Polyole werden zumeist bei der Herstellung von Polyurethan-Weichschaumstoffen eingesetzt. In der Praxis hat es sich bewährt, Graft-Polyole mit einem hohen Gehalt an Polymerisat, im folgenden auch als Füllstoff bezeichnet, herzustellen und dieses dann mit ungefülltem Polyol zu mischen, um so den Gehalt an Füllstoffen den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. So kann das Sortiment an Graft-Polyolen verkleinert werden, was zu einer besseren Auslastung der Produktionsanlagen und zu einer Vereinfachung der Lagerhaltung führt. Üblicherweise erfolgt der Einsatz der Graft-Polyole daher im Gemisch mit anderen Polyolen.
So ist in PCT/EP03/02576 beschrieben, Graft-Polyole mit einem Gehalt an Feststoffen im Bereich zwischen 30 und 65 Gew.-% zu produzieren und danach durch Mischung mit anderen Polyolen den gewünschten Feststoffgehalt in der Polyolmischung einzustellen. Die Vermischung erfolgt dabei diskontinuierlich, zumeist in Rührkesseln.
Zumeist wird diese Mischung der Graft-Polyole mit den anderen Polyolen unmittelbar vor der Herstellung der Polyurethane vorgenommen. Ebenfalls üblich ist es, die einzelnen Polyole getrennt voneinander in die Dosiereinrichtung für die Polyurethan- Herstellung zu dosieren. Dabei hat es sich allerdings gezeigt, dass die so hergestellten Polyurethane eine unzureichende Qualität aufweisen. So haben die Schaumstoffe eine ungleichmäßige, gestörte Schaumstruktur und neigen zur Rissbilduπg. Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Graft-Polyole enthaltenden Polyol-Mischungen zu finden, die zu Polyurethanen, insbesondere Polyurethan-Schaumstoffen mit guter Qualität verarbeitet werden können.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass stabile Mischungen von Graft- Polyolen mit anderen Polyolen erhalten und zu Polyurethanen mit guter Qualität, insbesondere zu Polyurethan-Schaumstoffen mit einer gleichmäßigen Schaumstruktur und guten mechanischen Eigenschaften weiterverarbeitet werden können, wenn die Mischung vor der eigentlichen Polyurethan-Herstellung erfolgt und mit einer hohen Mischgüte durchgeführt wird.
Die hohe Mischgüte kann vorzugsweise durch eine kontinuierliche Vermischung, insbesondere unter Verwendung eines statischen Mischers, erfolgen. Bei dieser Ausführungsform kommt es zu einer besonders gründlichen und schonenden Ver- mischung.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Mischungen aus Polyolen zu Weiterverarbeitung zu Polyurethanen, enthaltend mindestens ein Graft- Polyol, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung der Polyole zwischen der Herstellung der Polyole und der Herstellung der Polyurethane mittels eines kontinuierlichen Mischverfahrens erfolgt.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen durch Umsetzung von
a) Polyisocyanaten mit
b) Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen,
dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen b) Mischungen aus Polyolen verwendet werden, die mindestens ein Graft-Polyol enthalten, und die Vermischung der Polyole zwischen der Herstellung der Polyole und der Herstellung der Polyurethane erfolgt und mittels eines kontinuierlichen Mischverfahrens durchgeführt wird.
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mischungen aus Polyolen und daraus hergestellte Polyurethane. Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyurethanen handelt es sich zumeist um Polyurethan-Weichschaumstoffe. Bei den zur Herstellung der Polyolmischungen eingesetzten Graft-Polyolen kann es sich um Polyetheralkohole oder Polyesteralkohole handeln. Geeignete Graft- Polyetheralkohole sind beispielsweise beschrieben in PCT/EP03/02576. Graft- Polyesteralkohole sind beispielsweise beschrieben in EP 622384.
Ihre Herstellung erfolgt, wie bereits ausgeführt, durch Polymerisation von olefinisch ungesättigten Monomeren, zumeist Styrol und Acrylnitril, in Polyolen, zumeist als Träger-Polyle bezeichnet. Um die Stabilität der Graft-Polyole zu gewährleisten und ein Absinken der Teilchen zu verhindern, ist es bevorzugt, die Polymerisation im Beisein von Polyolen mit eingebauten ungesättigten Gruppen, häufig als Makromere bezeichnet, durchzuführen, oder Trägerpolyole mit ungesättigten Gruppen einzusetzen.
Die Polymere liegen in den Träger-Polyolen üblicherweise in Form von Teilchen vor. Diese haben zumeist einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,1 und 4 μm. Teilchen mit größeren Durchmessern würden bei der Weiterverarbeitung der Graft-Polyole zu Problemen führen.
Für die Herstellung von Polyurethan-Weichschaumstoffen geeignete Graft-Polyole haben zumeist eine Hydroxylzahl im Bereich zwischen 10 und 50 mgKOH/g, vorzugs- weise zwischen 15 und 45 mgKOH/g. Als Träger-Polyole werden zumeist übliche Weichschaum-Polyetheralkohole eingesetzt. Diese haben zumeist eine Hydroxylzahl im Bereich zwischen 20 und 100 mgKOH/g und werden üblicherweise hergestellt durch Anlagerung von Alkylenoxiden an zwei- und dreifunktionelle Alkohole, wie Glycerin, Trimethylolpropan, Ethylenglykol oder Propylenglykol.
Als Alkohole, die mit den Graft-Polyolen gemischt werden können, kommen zumeist die zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen üblichen und bekannten Polyether- und/oder Polyesteralkohole zum Einsatz.
Geeignete Polyesteralkohole können beispielsweise aus organischen Dicarbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise aliphatischen Dicarbonsäuren mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen und mehrwertigen Alkoholen, vorzugsweise Diolen, mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen hergestellt werden. Als Dicarbonsäuren kommen beispielsweise in Betracht: Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Decandicarbonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure und die isomeren Naphthalin-dicarbonsäuren, vorzugsweise Adipinsäure. Die Dicarbonsäuren können dabei sowohl einzeln als auch im Gemisch untereinander verwendet werden. Anstelle der freien Dicarbonsäuren können auch die entsprechenden Dicarbonsäurederivate, wie Dicarbonsäureester von Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Dicarbon- säureanhydride eingesetzt werden. Beispiele für zwei- und mehrwertige Alkohole, insbesondere Diole sind Ethandiol, Diethylenglykol, 1 ,2- bzw. 1 ,3-Propandiol, Dipropylenglykol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentan- diol, 1 ,6-Hexandiol, 1 ,10-Decandiol, Glycerin und Trimethylolpropan. Vorzugsweise verwendet werden Ethandiol, Diethylenglykol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol, 1 ,6-Hexandiol oder Mischungen aus mindestens zwei der genannten Diole, insbesondere Mischungen aus 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol und 1 ,6-Hexandiol. Eingesetzt werden können ferner Polyesterpolyole aus Lactonen, z.B. e-Caprolacton oder Hydroxycarbonsäuren, beispielsweise Hydroxycapronsäure und Hydroxybenzoe- säuren.
Die Hydroxylzahl der Polyesteralkohole liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 40 und 100 mgKOH/g.
Die eingesetzten Polyetheralkohole werden nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch anionische Polymerisation mit Alkalihydroxiden oder Alkalialkoholaten als Katalysatoren und unter Zusatz mindestens eines Startermoleküls, das 2 bis 3 reaktive Wasserstoffatome ge-bunden enthält, aus einem oder mehreren Alkylenoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest hergestellt. Geeignete Alkylenoxide sind beispielsweise Tetrahydrofuran, 1 ,3-Propylenoxid, 1 ,2 bzw. 2,3-Butylenoxid und vorzugs- weise Ethylenoxid und 1 ,2-Propylenoxid. Die Alkylenoxide können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischungen verwendet werden. Bevorzugt werden Mischungen aus 1 ,2-Propylenoxid und Ethylenoxid, wobei das Ethylenoxid in Mengen von 10 bis 50 % als Ethylenoxid-Endblock eingesetzt wird (EO-cap), so dass die entstehenden Polyole zu über 70 % primäre OH-Endgruppen aufweisen.
Als Startermolekül kommen Wasser oder 2- und 3-wertige Alkohole in Betracht, wie Ethylenglykol, Propandiol-1 ,2 und -1 ,3, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Butandiol- 1 ,4, Glycerin, Trimethylolpropan usw. Die Polyetheralkohole, vorzugsweise Polyoxy- propylen-poiyoxyethylenpolyole, besitzen eine Funktionalität von 2 bis 3 und Mole- kulargewichte von 1.000 bis 8.000, vorzugsweise 2.000 bis 7.000.
Als Mischapparate können, wie ausgeführt, vorzugsweise statische Mischer eingesetzt werden. Derartige Apparaturen sind dem Fachmann allgemein bekannt. Eine derartige Apparatur zur Mischung von Flüssigkeiten ist beispielsweise in EP 0 097 458 beschrieben.
Statische Mischer sind üblicherweise rohrförmige Apparate mit festen Einbauten, die zur Vermischung der Einzelstoffströme über den Rohrquerschnitt dienen. Statische Mischer können in kontinuierlichen Prozessen zur Durchführung verschiedener ver- fahrenstechnischer Operationen, wie Mischen, Stoffaustausch zwischen zwei Phasen, chemischen Reaktionen oder Wärmeübertragung eingesetzt werden. Die Homogenisierung der Einsatzstoffe wird durch ein mittels einer Pumpe erzeugtes Druckgefälle bewirkt. Je nach Art der Strömung im statischen Mischer können zwei grundlegende Mischprinzipien unterschieden werden.
In laminar durchströmten Mischern wird durch Aufteilung und Umlagerung der Strömung der einzelnen Komponenten homogenisiert. Durch eine fortlaufende Verdopplung der Anzahl der Schichten werden die Schichtdicken so weit verkleinert, bis eine vollständige Makro-Vermischung erreicht ist. Die Mikrovermischung durch Diffusionsvorgänge ist abhängig von der Verweilzeit. Für Mischaufgaben mit laminarer Strömung werden Wendelmischer oder Kreuzkanalmischer verwendet. Die laminare Strömung ähnelt einer normalen Rohrströmung mit geringen Scherkräften und einer engen Verweilzeitverteilung.
In turbulent durchströmten Mischern werden gezielt Wirbel erzeugt, um auf diese Art die einzelnen Stoffströme zu homogenisieren. Hierfür sind Kreuzkanalmischer und spezielle Turbulenzmischer geeignet..
Beide Typen von Mischern können für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.
Die eingesetzten Einbauten bestehen in der Regel aus strömungsteilenden und -umlenkenden, dreidimensionalen geometrischen Körpern, die zu einer Umlagerung, Vermischung und Wiedervereinigung der Einzelkomponenten führen.
Statische Mischer sind handelsübliche Mischapparate und werden beispielsweise von der Fa. Fluitec Georg AG, Neftenbach, Schweiz für verschiedene Anwendungsbereiche angeboten.
Durch die Verwendung der oben beschriebenen statischen Mischer ist eine sehr gute Homogenisierung möglich. Die so hergestellten Polyolmischungen sind lagerstabil und können problemlos mit den anderen zur Herstellung der Polyurethane erforderlichen Komponenten, auf die weiter unten näher eingegangen wird, gemischt werden.
Die erfindungsgemäßen Polyol-Mischungen können mit Polyisocyanaten zu Poly- urethanen, insbesondere zu Polyurethan-Weichschaumstoffen, umgesetzt werden.
Als Polyisocyanate werden die üblichen und bekannten (cyclo)aliphatischen und/oder insbesondere aromatischen Polyisocyanate eingesetzt. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethan-Weichschaumstoffe kommen insbesondere Diphenylmethandi- isocyanat (MDI) und/oder Toluylendiisocyanat (TDI) zum Einsatz. Die Polyisocyanate können sowohl in Form der rei-nen Verbindungen als auch in modifizierter Form, beispielsweise als Uretdione, Isocyanurate, Aliophanate oder Biurete, insbesondere je- doch in Form von Urethan- und Isocyanatgruppen enthaltenden Umsetzungsprodukten, sogenannten Isocyanat-Prepolymeren, eingesetzt werden.
Zusätzlich zu den Polyolen können auch niedermolekulare Kettenverlängerungsmittel und Vernetzer eingesetzt werden. Diese umfassen niedermolekulare, mehrwertige Alkohole, vorzugsweise Diole und/oder Triole, mit Molekulargewichten kleiner als 400 Da, bevorzugt von 60 bis 300 Da, besonders bevorzugt von 60 bis 200 Da. In Betracht kommen beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische und/oder araliphatische Diole, wie z.B. Alkandiole mit 2 bis 14, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und/oder Dialkylenglykole mit 4 bis 8, vorzugsweise 4 bis 6 Kohlenstoffatomen. Beispiele hierfür sind Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerithryt und/oder Diamine, wie Ethylendiamin, und/oder Aminoalkohole, wie Ethanolamin.
Die Herstellung der Polyurethan-Weichschaumstoffe wird üblicherweise in Anwesen- heit von Katalysatoren, Treibmitteln sowie üblichen Hilfs- und/oder Zusatzstoffen durchgeführt.
Als Treibmittel für das erfindungsgemäße Verfahren wird meist Wasser, das mit Isocyanatgruppen unter Bildung von Kohlendioxid reagiert, eingesetzt. Die Wasser- mengen, die zweckmäßigerweise verwendet werden, betragen, abhängig von der angestrebten Dichte der Schaumstoffe, 0,1 bis 8 Gewichtsteile, vorzugsweise 1 ,5 bis 5 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen.
Im Gemisch mit Wasser können gegebenenfalls auch sogenannte physikalisch wirkende Treibmittel eingesetzt werden. Dies sind Flüssigkeiten, welche gegenüber den Rezepturbestandteilen inert sind und Siedepunkte unter 100°C, vorzugsweise unter 50°C, insbesondere zwischen -50°C und 30°C bei Atmosphärendruck aufweisen, so daß sie unter dem Einfluss der exothermen Polyadditionsreaktion verdampfen. Bei- spiele derartiger, vorzugsweise verwendbarer Flüssigkeiten sind Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, n- und iso-Butan und Propan, Ether, wie Dimethlyether und Diethylether, Ketone, wie Aceton und Methylethylkleton, Ethylacetat und vorzugsweise halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Trichlorfluormethan, Dichlordifluormethan, Dichlormonofluormethan, Dichlortetrafluorethan und 1 ,1 ,2-Trichlor-1 ,2,2-trifluorethan. Auch Gemische dieser niedrigsiedenden Flüssigkeiten untereinander und/oder mit anderen substituierten oder unsubstituierten Kohlenwasser-stoffen können verwendet werden.
Die neben Wasser erforderliche Menge an physikalisch wirkenden Treibmitteln kann in Abhängigkeit von der gewünschten Schaumstoffdichte auf einfache Weise ermittelt werden und beträgt ungefähr 0 bis 50 Gewichtsteile, vorzugsweise 0 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen.
Zur Beschleunigung der Umsetzung zwischen den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen und Wasser mit den Poly- isocyanaten werden der Reaktionsmischung übliche Polyurethankatalysatoren einverleibt. Vorzugsweise verwendet werden basische Polyurethankatalysatoren, beispielsweise tertiäre Amine, wie Dimethylbenzylamin, Dicyclohexylmethylamin, Dimethyl- cyclohexylamin, N,N,N',N'- Tetramethyl-diamino-diethylether, Bis-(dimethylamino- propyl)-hamstoff, N-Methyl- bzw. N-Ethylmorpholin, Dimethylpiperazin, Pyridin,
1 ,2-Dimethylimidazol, 1-Azobicyclo-(3,3,0)-octan, Dimethylaminoethanol, 2-(N,N-Di- methylaminoethoxy)ethanol, N,N,,N"-Tris-(dialkylaminoalkyl)-hexahydrotriazin und insbesondere Triethylendiamin. Geeignet sind jedoch auch Metallsalze, wie Eisen-(II)- chlorid, Zinkchlorid, Bleioctoat und vorzugsweise Zinnsalze, wie Zinndioctoat, Zinn- diethylhexoat und Dibutylzinndilaurat sowie insbesondere Mischungen aus tertiären Aminen und organischen Zinnsalzen. Eingesetzt werden zweckmäßigerweise 0,1 bis 10 Gew. %, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-% Katalysator auf Basis tertiärer Amine und/oder 0,01 bis 0,5 Gew. %, vorzugsweise 0,05 bis 0,25 Gew.-% Metallsalze, bezogen auf das Gewicht an Polyhydroxylverbindungen.
Der Reaktionsmischung können auch noch Hilfsmittel und/oder Zusatzstoffe einverleibt werden. Genannt seien beispielsweise Stabilisatoren, Hydrolysenschutzmittel, Porenregler, fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen, Farbstoffe, Pigmente, Füllstoffe, oberflächenaktive Stoffe und Flammschutzmittel.
In Betracht kommen beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, welche zur Unterstützung der Homogenisierung der Ausgangsstoffe dienen und gegebenenfalls auch geeignet sind, die Zellstruktur der Schaumstoffe zu regulieren. Genannt seien beispielhaft Siloxan-Oxyalkylen-Mischpolymerisate und andere Organopolysiloxane, oxethy- lierte Alkylphenole, oxethylierte Fettalkohole, Paraffinöle, Rizinusöl- bzw. Rizinol- säureester, die in Mengen von 0,2 bis 8, vorzugsweise von 0,5 bis 5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Polyhydroxylverbindungen angewandt werden.
Als Flammschutzmittel sind beispielsweise Phosphor- und/oder Halogenatome enthaltende Verbindungen, wie z.B. Trikresylphosphat, Tris-2-chlorethylphosphat, Tris-chlor-propylphosphat und Tris-2,3-dibrompropylphosphat geeignet.
Außer den bereits genannten halogensubstituierten Phosphaten können auch anorganische Flammschutzmittel, beispielsweise Antimontrioxid, Arsenoxid, Ammoniumphosphat und Calciumsulfat, oder Melamin zum Flammfestmachen der Polyurethanschaumstoffe verwendet werden. Im allgemeinen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, 5 bis 50 Gewichtsteile, vorzugsweise 5 bis 25 Gewichtsteile der genannten Flammschutzmittel pro 100 Gewichtsteile Polyhydroxylverbindung zu verwenden.
Weitere Angaben über die verwendeten Ausgangsstoffe finden sich beispielsweise im Kunst-stoffhandbuch, Band 7, Polyurethane, herausgegeben von Günter Oertel, Carl- Hanser-Verlag, München, 3. Auflage 1993.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethane werden die organischen Poly- isocyanate a) mit den Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen im Beisein der genannten Treibmittel, Katalysatoren und Hilfs- und/oder Zusatzstoffe zur Reaktion gebracht. Hierbei werden die erfindungsgemäße Polyol-Mischung sowie die genannten Treibmittel, Katalysatoren und Hilfs- und/oder Zusatzstoffe häufig vor der Umsetzung zu einer sogenannten Polyolkomponente vereinigt und diese mit der Isocyanatkomponente zusammengebracht. Die Herstellung der Polyolkomponente kann ebenfalls kontinuierlich mittels statischem Mischer erfolgen.
Die Erfindung ermöglicht die einfache Herstellung von Polyolmischungen aus Graft- Polyolen. Die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Polyolmischungen herge- stellten Polyurethane haben eine bessere Zelistruktur als solche, bei denen die Mischung auf andere Weise erfolgte.
Die Erfindung soll an den nachstehenden Beilspielen näher beschrieben werden.
Es wurde jeweils ein Polyurethan-Weichschaumstoff mit einer Rohdichte von 30 kg/m 3 hergestellt.
Beispiel 1
27 Gewichtsteile eines Graftpolyols mit einem Feststoffgehalt von 40 Gew.-% und einer Hydroxylzahl von 27,3 mgKOH/g, hergestellt durch in-situ Polymerisation von Acrylnitril und Styrol im Gewichtsverhältnis 2:1 in einem Polyetheralkohol mit einer Hydroxylzahl von 46 mgKOH/g, hergestellt durch Anlagerung von Propylenoxid und Ethylenoxid an Glycerin, wurden mit 73 Gewichtsteilen eines Polyetheralkohole mittels eines statischen Mischers des Typs Fluitec CSE-X® gemischt. Die Mischung hatte einen Feststoffgehalt von 10 Gew.-%.
Diese Mischung wurde mit 3,5 Gew.-Teilen Wasser, 1,1 Gew. -Teilen Schaumstabilisator Tegostab® BF 2370, 0,2 Gew.-Teilen Aminkatalysator Lupragen® N201/N206 im Gewichtsverhältnis 3:1 und 0,18 Gew.-Teilen Zinnoktoat vermischt. Diese Mischung wurde bei einem Index von 110 mit Toluylendiisocyanat 20/80 in einer
Laboranlage verschäumt.
Das Verschäumverhalten und die mechanischen Werte des Schaums sind in Tabelle 1 festgehalten.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurde verfahren wie in Beispiel 1 , nur wurden die Polyetheralkohole getrennt dem Mischkopf zudosiert.
Das Verschäumverhalten und die mechanischen Werte des Schaums sind in Tabelle 1 festgehalten.
Beispiel 2
Es wurde verfahren wie in Beispiel 1 , nur wurden 36 Gew. -Teile des Graftpolyols und 64 Gew. -Teile des Polyetheralkohols eingesetzt. Die Polyolmischung hatte einen Feststoffgehalt von 15 Gew.-%.
Das Verschäumverhalten und die mechanischen Werte des Schaums sind in Tabelle 1 festgehalten.
Vergleichsbeispiel 2
Es wurde verfahren wie in Beispiel 2, nur wurden die Polyetheralkohole getrennt dem Mischkopf zudosiert.
Das Verschäumverhalten und die mechanischen Werte des Schaums sind in Tabelle 1 festgehalten.
Tabelle 1
Figure imgf000011_0001
V - Vergleichsbeispiel
Die Tabelle zeigt, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaumstoffe bessere Verarbeitungseigenschaften und bessere mechanische Eigenschaften aufweisen als solche, die nach konventionellen Verfahren hergestellt wurden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Mischungen aus Polyolen zur Weiterverarbeitung zu Polyurethanen, enthaltend mindestens ein Graft-Polyol, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Vermischung der Polyole zwischen der Herstellung der Polyole und der Herstellung der Polyurethane mittels eines kontinuierlichen Mischverfahrens erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche Mischverfahren mit einem statischen Mischer durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Graft-Polyole Graft-Polyetheralkohole sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Graft-Polyole Graft-Polyesteralkohole sind.
5. Mischungen aus Polyolen zur Weiterverarbeitung zu Polyurethanen, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen durch Umsetzung von a) Polyisocyanaten mit b) Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasse rstoff atom en , dadurch gekennzeichnet, dass, als Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen b) Mischungen aus Polyolen ver- wendet werden, die mindestens ein Graft-Polyol enthalten, und die Vermischung der Polyole zwischen der Herstellung der Polyole und der Herstellung der Polyurethane erfolgt und mittels eines kontinuierlichen Mischverfahrens durchgeführt wird.
7. Polyurethane, herstellbar nach Anspruch 6.
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