WO2007051740A1 - Process for preparing polyisocyanate mixtures - Google Patents

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WO2007051740A1
WO2007051740A1 PCT/EP2006/067742 EP2006067742W WO2007051740A1 WO 2007051740 A1 WO2007051740 A1 WO 2007051740A1 EP 2006067742 W EP2006067742 W EP 2006067742W WO 2007051740 A1 WO2007051740 A1 WO 2007051740A1
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WO
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mixture
polyisocyanate
aii
diphenylmethane diisocyanate
weight
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/067742
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German (de)
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Imbridt Murrar
Gerd MÜLLER-HAGEN
Ralf Fritz
Oliver Steffen Henze
Hans-Jürgen Reese
Michael Wind
Andres Cabrera
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Basf Se
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/74Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic
    • C08G18/76Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic
    • C08G18/7657Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings
    • C08G18/7664Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing alkylene polyphenyl groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/6505Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen the low-molecular compounds being compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38

Definitions

  • the invention provides a process for the preparation of polyisocyanate mixtures, polyisocyanate mixtures preparable by this process, containing at least 90% by weight of diphenylmethane diisocyanate and triphenylendimethylene triisocyanate, and their use.
  • Polyisocyanates have long been known and described many times. Their application is mostly for the production of polyurethanes.
  • the most widely used polyisocyanates include diphenylmethane diisocyanate, also referred to as MDI, MMDI, monomer MDI or 2-core MDI, and its higher homologs.
  • 2-core MDI 2-core MDI
  • mixtures of 2-core MDI and its higher homologues often referred to as crude MDI (PMDI, polymer MDI).
  • PMDI polymer MDI
  • Raw MDI is primarily used where high crosslinking is important, especially for the production of rigid polyurethane foams.
  • Monomeric MDI is mostly used in the production of elastomers and flexible foams.
  • 2-core MDI is difficult to process as a solid and is therefore often liquefied by chemical reactions. This can be done by reaction of the isocyanate groups with one another, for example with formation of carbodiimide, uretonimine, biuret, allophanate or isocyanurate groups. Frequently, the 2-core MDI is also reacted with alcohols to urethane-containing prepolymers.
  • thermoplastic polyurethanes TPU
  • a defined crosslinking of the reaction mixture is desired. This is often done by incorporating aliphatic triisocyanates into the reaction mixture.
  • the object could be achieved by a process for the preparation of polyisocyanate mixtures containing at least 90% by weight, based on the polyisocyanate mixture, of a mixture a) of ai) diphenylmethane diisocyanate and aii) triphenylene dimethyltriisocyanate, the mixture a) at least 2 Wt .-%, based on the weight of the polyisocyanate mixture, Triphenylendimethylentriisocyanat containing the steps A) conversion of aniline and formaldehyde to a mixture of diphenylmethanediamine and its higher homologs,
  • the invention furthermore relates to polyisocyanate mixtures containing at least 90% by weight, based on the polyisocyanate mixture, of a mixture of ai) diphenylmethane diisocyanate and aii) triphenylendimethylene triisocyanate, where the mixture a) contains at least 2% by weight, based on the weight of the Polyisocyanatge- mixed, Triphenylendimethylentriisocyanat aii).
  • the invention furthermore relates to the use of polyisocyanate mixtures consisting of diphenylmethane diisocyanate and triphenylendimethylene triisocyanate in the preparation of polyurethanes.
  • the polyisocyanate mixtures according to the invention consist, as stated, of at least 90% by weight of diphenylmethane diisocyanate ai) and triphenylendimethylene triisocyanate aii).
  • the remainder also referred to below as aiii), may be reaction products of isocyanates with one another, secondary compounds derived from the preparation of the PMDI or higher homologs of the MDI with at least 4 aromatic nuclei.
  • the polyisocyanate mixture contains 97 to ⁇ 100 wt .-%, based on the polyisocyanate mixture, Triphenylendimethy- lentriisocyanat aii).
  • the polyisocyanate mixture contains 20 to 98 wt .-% ai), 2 to 80 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii).
  • the polyisocyanate mixture contains 55 to 98 wt .-% ai), 2 to 35 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii).
  • the polyisocyanate mixture contains 35 to 65 wt .-% ai), 35 to 65 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii).
  • the preparation of the polyisocyanate mixtures according to the invention comprises, as stated, the steps
  • step B) reaction of the mixture from step A) with phosgene to give a mixture of diphenylmethane diisocyanate and its higher homologues and separation of the volatile compounds from the reaction product,
  • the steps can be carried out directly one after the other or temporally and / or spatially separated.
  • Step A) and B) take place immediately after one another in a system.
  • Step C) can take place at a different time in another plant,
  • step A) aniline is reacted with formaldehyde in the presence of acidic catalysts to give a mixture of diphenylmethanediamine and its higher homologues, the acid is separated off and the resulting worked-up mixture in step B) is reacted with phosgene to give the corresponding polyisocyanate.
  • the reaction in step B) is usually carried out in solution, with solvents used being inert organic solvents, preferably chlorobenzenes, in particular monochlorobenzene. It is also possible to use the polyisocyanate as a solvent.
  • step B) After the reaction in step B) usually unreacted phosgene, the solvent, hydrogen chloride and volatile by-products are separated.
  • diphenylmethane diisocyanate ai) and triphenylendimethylene triisocyanate aii) are separated off.
  • the separation in step C) can be carried out in different ways, for example by means of distillation, filtration, decantation, extraction and / or crystallization.
  • the separation in step C) preferably takes place by means of distillation, the distillation taking place in particular using at least one short-path evaporator.
  • the distillation is preferably carried out at a pressure of 0.001 to 10 mbar, preferably 0.002 to 6 mbar, more preferably 0.002 to 4 mbar and an evaporator temperature of 70 to 200 ° C, preferably 85 to less than 160 ° C.
  • the distillate obtained in this step usually consists of 55 to 98% by weight of diphenylmethane diisocyanate ai), 2 to 35% by weight of triphenylendimethylene triisocyanate aii) and 0 to less than 10% by weight of compounds from the group aiii).
  • step C further diphenylmethane diisocyanate ai) can be separated in a further step D) in order to set the ratio of 2-core to 3-core MDI in a targeted manner.
  • the separated 2-core MDI can be used as usual for the production of polyurethanes.
  • step D it is possible to distill the mixture.
  • the distillation is preferably carried out at a pressure of 0.001 to 10 mbar, preferably 0.002 to 6 mbar, more preferably 0.002 to 4 mbar and an evaporator temperature of 70 to 200 ° C, preferably 85 to less than 160 ° C.
  • the polyisocyanate mixtures obtained in process step C) usually form a two-phase mixture with a liquid and a solid crystalline phase at room temperature.
  • the liquid phase which is a polyisocyanate mixture with 20 to 98 wt .-% ai), 2 to 80 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii) is separated off.
  • Polyisocyanate mixtures with this composition have an NCO content of 32.6 to 33.6 wt .-% and a dynamic viscosity of 5 to 200 mPa ⁇ s at 25 ° C.
  • the polyols obtained in process step C) isocyanate mixtures can also be worked up by distillation in at least one further process step D), so that a polyisocyanate mixture with 20 to 98 wt .-% ai), 2 to 80 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii) is obtained.
  • Preferred conditions for the distillation are a pressure of 0.001 to 10 mbar, preferably 0.002 to 6 mbar, more preferably 0.002 to 4 mbar and evaporator temperatures of 70 to 200 ° C, preferably 85 to less than 160 ° C.
  • a polyisocyanate mixture having a content of 35 to 65 wt .-% ai), 35 to 65 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii) in process step D) by distillation in the process step C) obtained Polyiso- cyanatgemische.
  • the workup is preferably carried out by distillation at a pressure of 0.001 to 10 mbar, preferably 0.002 to 6 mbar, more preferably 0.002 to 4 mbar and evaporator temperatures of 70 to 200 ° C, preferably 85 to less than 160 ° C.
  • the polyisocyanate mixtures thus prepared have an NCO
  • Polyisocyanate mixtures with this composition are characterized in particular by good storage stability and can preferably be used as crosslinking agents for the production of thermoplastic polyurethanes.
  • a polyisocyanate mixture of the composition 35 to 65 wt .-% ai), 35 to 65 wt .-% aii) and 0 to less than 10 Wt .-% aiii) without additional workup can be obtained. That is, by reducing the plant throughput by a factor of at least 3 without additional process step D) polyisocyanate mixtures of the composition with 35 to 65 wt .-% ai), 35 to 65 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii).
  • the process can be adjusted in a targeted manner, firstly at maximum system throughput, preferably 2-core MDI poor PMDI and a polyisocyanate mixture with 2 to 35 wt .-% Triphenylendimethy- lentriisocyanat or at a reduced system throughput 2-core MDI poor PMDI and preferably a polyisocyanate mixture with a high content of Triphenylendimethylentriisocyanat, d. H. be prepared with 35 to 65 wt .-% Triphenylendimethy- lentriisocyanat.
  • the extraction is used in particular for the preparation of polyisocyanate mixtures having a high content of triphenylendimethylene triisocyanate aii).
  • the extraction is carried out according to the methods known and known in the art.
  • an increase in increase in the content of triphenylendimethylene triisocyanate aii) in the mixture is particularly important for applications where high functionality of the mixture is important.
  • the polyisocyanate mixtures obtained in process step C) can be worked up in at least one further process step D) so that a polyisocyanate mixture having 97 to ⁇ 100% by weight of triphenylendimethylene triisocyanate, based on the polyisocyanate mixture, is obtained.
  • the remainder is diphenylmethane diisocyanate ai) and compounds from the group aiii).
  • the polyisocyanate mixture of this composition has an NCO content of between 32.2 and 33.2% by weight and a dynamic viscosity of from 5 to 100 mPa.s at 75 ° C.
  • Polyisocyanate mixtures according to the invention having a content of triphenylendimethylene triisocyanate aii) of at least 97% by weight are solid at room temperature. Their melting point is about 65 to 70 ° C, their NCO content between 32.2 to 33.2% by weight. In Chemistry and Technology of Isocyanates (Henri Ulrich, John Wiley & Sons, 1996; page 388), the melting ranges of the seven possible isomeric forms of triphenylenedimethylene triisocyanate aii) are published.
  • An advantage of the method according to the invention is that it manages without waste products.
  • the residual product obtained in step C) can, as described in EP 1518874, also be used for the preparation of polyurethanes.
  • This crude MDI mixture which is substantially free of volatile diphenylmethane diisocyanate, can be used as starting material for highly crosslinked polyurethanes, in particular rigid polyurethane foams. Due to the almost complete freedom of diphenylmethane diisocyanate, there are no toxicological problems with this compound.
  • such a 2-core MDI poor raw MDI mixture particularly advantageous for the production of can foams, but also for 1-component and 2-component polyurethane foams, coatings, adhesives, especially hot melt adhesives, such as hotmelts, packaging adhesives, paints , Thermoplastics, compact or cellular elastomers, or as an additive to prevent crystallization and highly functional crosslinkers.
  • the mixtures containing diphenylmethane diisocyanate obtained in step C) and / or D) can be used directly as starting material for the preparation of polyurethanes or, if they are not useful, added to the PMDI mixture (crude MDI) prepared in step B), without affecting the quality of these products.
  • the polyisocyanate mixtures a) prepared by the process according to the invention can be used in many ways.
  • a field of application is the prevention of crystallization, for example of polyester alcohols based on adipic acid and an even C-atom diol, such as ethylene glycol, butanediol or hexanediol by proportionate urethanization.
  • the amount of polyisocyanate mixtures added should be large enough to provide the requisite crystallization stability, but not so great as to interfere with the properties of the liquids.
  • Another possible use is the prevention of the crystallization of Polyisocyana- natmischungen based on diphenylmethane diisocyanate. Since pure diphenylmethane diisocyanate is difficult to process at room temperature as a solid, it is often liquefied by chemical reactions. These products often have a low storage stability. Surprisingly, the crystallization can be significantly reduced by the addition of the polyisocyanate mixtures according to the invention.
  • the polyisocyanate mixtures according to the invention should be added in such an amount that the content of 3-core MDI in the isocyanate mixture in the range between 0.1 to 49 wt .-% is.
  • polyisocyanate mixtures a) according to the invention are as crosslinking agents in plastics, in particular in polyurethanes.
  • those polyurethanes which are only weakly crosslinked or not at all crosslinked can be crosslinked with the polyisocyanate mixtures according to the invention.
  • the polyisocyanate mixtures according to the invention are preferably used for crosslinking thermoplastic polyurethanes, also referred to as TPUs.
  • TPUs are essentially linear polyurethanes. To improve mechanical properties, such as hardness and modulus of elasticity, partial crosslinking of these products may be advantageous.
  • the conventional crosslinking agents for example modified, in particular aliphatic triisocyanates, such as isocyanurate or biuret, have the disadvantage that groups are incorporated which differ from the other isocyanate structural components of the TPU.
  • the polyisocyanate mixtures according to the invention are readily compatible with the other NCO-functional constituent components of the TPU.
  • the amount of the polyisocyanate mixtures added according to the invention depends on the desired degree of crosslinking and is preferably in the range from 0.001 to 10% by weight of 3-core MDI aii), based on the weight of the TPU.
  • triphenylendimethylene triisocyanate in the added polyisocyanate mixture according to the invention is as large as possible.
  • triphenylendimethylene triisocyanate with a purity is at least 97 wt .-% is fixed, it may be advantageous to use liquid mixtures with a lower content of Triphenylendimethylentriisocyanat, which are better processable.
  • the amount of diphenylmethane diisocyanate in the polyisocyanate mixtures according to the invention must then be taken into account for the diisocyanate used.
  • polyisocyanate mixtures having a composition of from 35 to 65% by weight of ai), from 35 to 65% by weight of aii) and from 0 to less than 10% by weight aiii) as crosslinking agent.
  • the preparation of the TPU is carried out according to the usual method by reacting diisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms, preferably difunctional alcohols.
  • Suitable diisocyanates are customary aromatic, aliphatic and / or cycloaliphatic diisocyanates, for example diphenylmethane diisocyanate (MDI), tolylene diisocyanate (TDI), tri-, tetra-, penta-, hexa-, hepta- and / or octamethylene diisocyanate, 2-methylpentamethylene diisocyanate 1, 5, 2-ethyl-butylene-diisocyanate-1, 4, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI), 1, 4 and / or 1 , 3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane (HXDI), 1,4-cyclohexane diisocyanate, 1-methyl-2,4- and / or -2,6-cyclohexane diisocyanate, 4,4
  • isocyanate-reactive compounds generally known polyhydroxy compounds having molecular weights of 500 to 8,000, preferably 600 to 6,000, especially 800 to 4,000, and preferably an average functionality of 1, 8 to 2.6, preferably 1, 9 to 2.2 , in particular 2, for example polyesterols, polyetherols and / or polycarbonate diols.
  • polyesterdiols obtainable by reacting butanediol and hexanediol as diol with adipic acid as dicarboxylic acid, the weight ratio of butanediol to hexanediol preferably being 2: 1.
  • polytetrahydrofuran having a molecular weight of 750 to 2500 g / mol, preferably 750 to 1200 g / mol.
  • chain extenders it is possible to use generally known compounds, for example diamines and / or alkanediols having 2 to 10 C atoms in the alkylene radical, in particular ethylene glycol and / or butanediol-1, 4, and / or hexanediol and / or di- and / or Tri-oxyalkylenglykole having 3 to 8 carbon atoms in the oxyalkylene lenrest, preferably corresponding oligo-polyoxypropylene glycols, mixtures of the chain extenders can be used.
  • diamines and / or alkanediols having 2 to 10 C atoms in the alkylene radical in particular ethylene glycol and / or butanediol-1, 4, and / or hexanediol and / or di- and / or Tri-oxyalkylenglykole having 3 to 8 carbon atoms in the oxyalkylene lenrest, preferably corresponding oli
  • chain extenders it is also possible to use 1,4-bis (hydroxymethyl) benzene (1,4-BHMB), 1,4-bis (hydroxyethyl) benzene (1,4-BHEB) or 1,4-bis (2 -hydroxyethoxy) -benzene (1, 4-HQEE) are used.
  • Preferred chain extenders are ethylene glycol and hexanediol, particularly preferably ethylene glycol.
  • catalysts which accelerate the reaction between the NCO groups of the diisocyanates and the hydroxyl groups of the synthesis components, for example tertiary amines, such as triethylamine, dimethylcyclohexylamine, N-methylmorpholine, N, N'-dimethylpiperazine, 2- (dimethylaminoethoxy) - ethanol, diazabicyclo- (2,2,2) -octane and the like and in particular organic metal compounds such as titanic acid esters, iron compounds such as iron (Ml) - acetylacetonate, tin compounds such as tin diacetate, tin dilaurate or Zinndialkylsalze aliphatic carboxylic acids such as dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate or similar.
  • the catalysts are usually used in amounts of from 0.0001 to 0.1 parts by weight per 100 parts by weight of polyhydroxyl compound.
  • auxiliaries to the structural components. Mention may be made, for example, of surface-active substances, flame retardants, nucleating agents, lubricants and mold release agents, dyes and pigments, inhibitors, stabilizers against hydrolysis, light, heat, oxidation or discoloration, protective agents against microbial degradation, inorganic and / or organic fillers, reinforcing agents and plasticizers ,
  • isocyanate-reactive monofunctional compounds preferably monoalcohols.
  • the preparation of the TPU is usually carried out by conventional methods, such as by belt systems or reaction extruder.
  • the distillate fraction of the first evaporator stage was removed.
  • the analysis revealed pure 2-core MDI.
  • the distillate fraction of the second evaporator stage was obtained, which consisted of 74.0 wt .-% diphenylmethane diisocyanate and 24.1 wt .-% Triphenylendimethylentrii- socyanat.
  • the remaining 1.9% by weight of the second distillate fraction were car- bamoyl chloride and higher functional homologs of MDI with at least 4 aromatic nuclei.
  • evaporator stage short-path evaporator with 0.06 m 2 evaporator surface: 0.007 mbar and 152 ° C) to a Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat mixture with a content of Triphenylendi- methylentriisocyanat of 97.8%, a content of free NCO of 32.5 Wt .-% and a melting range of 65 to 67 ° C concentrated. The remaining 2.2% by weight were 2-core MDI.
  • a polyphenylenepolymethylene polyisocyanate mixture containing 16.6% by weight of triphenylendimethylene triisocyanate and 79.4% by weight of diphenylmethane diisocyanate was added at 4.88 kg / h by means of short-path evaporator (0.06 m 2 evaporator surface) at 0.13 mbar and 145 ° C evaporator temperature to a 37.6 wt .-% Triphenylendimethylentriiso- cyanate containing Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat mixture having a viscosity at 25 ° C of 40 mPa-s concentrated.
  • Isocyanate 1 Lupranat® MP 102: modified diphenylmethane diisocyanate
  • Isocyanate 2 Basonat® HI 100: triisocyanate based on isocyanurated hexamethylene diisocyanate
  • Isocyanate 3 Basonat® HB 6500: Triisocyanate based on biuretized hexamethylene diisocyanate
  • Isocyanate 4 Triphenylendimethylene triisocyanate-containing polyphenylene polymethylene polyisocyanate mixture consisting of 2-core MDI and 3-core MDI with a 2-core to 3-core ratio of 52:46.
  • Crosslinker mixtures A, B and C were obtained by mixing the respectively difunctional and trifunctional isocyanates (Table 1).
  • the gel contents of the obtained samples were determined. For this purpose, in each case 2 g of a comminuted sample in 50 ml of DMF were stirred for 14 hours at room temperature. Subsequently, the insoluble fraction was determined for the samples by mass balancing. The TPU samples, which additionally contained a crosslinker, were no longer completely soluble like the comparative sample AO. The largest insoluble fraction of more than 90% was determined for the TPU sample E 2.5 (Table 3).
  • TPU samples were tested for short-term heat resistance by TMA (Thermo-Mechanical Analysis: Measurement Conditions: heating rate 20 K / min, sample geometry: thickness about 2 mm, diameter 8 mm, load: 0.5 N with 6 mm quartz flakes).
  • TMA Thermo-Mechanical Analysis: Measurement Conditions: heating rate 20 K / min, sample geometry: thickness about 2 mm, diameter 8 mm, load: 0.5 N with 6 mm quartz flakes).
  • the highest softening temperature was found, which was improved by more than 25% compared to the standard material AO (Table 5).

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Abstract

The invention relates to a process for preparing polyisocyanate mixtures containing at least 90% by weight, based on the polyisocyanate mixture, of a mixture a) of ai) diphenylmethane diisocyanate and aii) triphenylenedimethylene triisocyanate, where the mixture a) contains at least 2% by weight, based on the weight of the polyisocyanate mixture, of triphenylenedimethylene triisocyanate, which comprises the steps A) reaction of aniline and formaldehyde to form a mixture of diphenyl­methanediamine and its higher homologues, B) reaction of the mixture from step a) with phosgene and separation of the volatile compounds from the reaction product, C) separation of diphenylmethane diisocyanate and triphenylenedimethylene triisocyanate from the product obtained in step B).

Description

Verfahren zur Herstellung von PolyisocyanatgemischenProcess for the preparation of polyisocyanate mixtures
Beschreibungdescription
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyisocyanatgemischen, nach diesem Verfahren herstellbare Polyisocyanatgemische, enthaltend mindestens 90 Gew.-% Diphenylmethandiisocyanat und Triphenylendimethylentriisocya- nat, sowie ihre Verwendung.The invention provides a process for the preparation of polyisocyanate mixtures, polyisocyanate mixtures preparable by this process, containing at least 90% by weight of diphenylmethane diisocyanate and triphenylendimethylene triisocyanate, and their use.
Polyisocyanate sind seit langem bekannt und vielfach beschrieben. Ihre Anwendung erfolgt zumeist zur Herstellung von Polyurethanen. Zu den meistverwendeten Polyiso- cyanaten zählen das Diphenylmethandiisocyanat, auch als MDI, MMDI, Monomer-MDI oder 2-Kern-MDI bezeichnet, und seine höheren Homologen.Polyisocyanates have long been known and described many times. Their application is mostly for the production of polyurethanes. The most widely used polyisocyanates include diphenylmethane diisocyanate, also referred to as MDI, MMDI, monomer MDI or 2-core MDI, and its higher homologs.
Besondere Bedeutung haben das reine 2-Kern-MDI sowie Gemische aus 2-Kern-MDI und seinen höheren Homologen, häufig als Roh-MDI (PMDI; Polymer-MDI) bezeichnet. Roh-MDI wird vorrangig dort eingesetzt, wo eine hohe Vernetzung wichtig ist, insbesondere zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen. Monomeres MDI wird zumeist bei der Herstellung von Elastomeren und Weichschäumen eingesetzt.Of particular importance are the pure 2-core MDI and mixtures of 2-core MDI and its higher homologues, often referred to as crude MDI (PMDI, polymer MDI). Raw MDI is primarily used where high crosslinking is important, especially for the production of rigid polyurethane foams. Monomeric MDI is mostly used in the production of elastomers and flexible foams.
Reines 2-Kern-MDI ist als Feststoff schwierig zu verarbeiten und wird daher häufig durch chemische Reaktionen verflüssigt. Dies kann durch Reaktion der Isocyanatgrup- pen untereinander, beispielsweise unter Ausbildung von Carbodiimid-, Uretonimin-, Biuret-, Allophanat- oder Isocyanuratgruppen erfolgen. Häufig wird das 2-Kern-MDI auch mit Alkoholen zu Urethangruppen enthaltenden Prepolymeren umgesetzt.Pure 2-core MDI is difficult to process as a solid and is therefore often liquefied by chemical reactions. This can be done by reaction of the isocyanate groups with one another, for example with formation of carbodiimide, uretonimine, biuret, allophanate or isocyanurate groups. Frequently, the 2-core MDI is also reacted with alcohols to urethane-containing prepolymers.
Für viele Einsatzgebiete bei der Polyurethanherstellung, insbesondere thermoplastische Polyurethane (TPU), ist eine definierte Vernetzung der Reaktionsmischung erwünscht. Dies geschieht häufig durch die Einarbeitung von aliphatischen Triisocyana- ten in die Reaktionsmischung. Wünschenswert ist jedoch oft eine einheitliche Isocya- natbasis für Formulierungen zur Herstellung von Polyurethanen.For many fields of use in polyurethane production, in particular thermoplastic polyurethanes (TPU), a defined crosslinking of the reaction mixture is desired. This is often done by incorporating aliphatic triisocyanates into the reaction mixture. However, it is often desirable to have a uniform isocyanate base for formulations for the production of polyurethanes.
Für viele Einsatzgebiete wäre es weiterhin wünschenswert, Homologe des MDI bereitzustellen, die gut verarbeitbar sind und eine definierte Funktionalität auszeichnen.For many applications, it would further be desirable to provide MDI homologs that are readily processible and have a defined functionality.
Die Aufgabe konnte gelöst werden durch ein Verfahren zur Herstellung von Polyisocyanatgemischen, enthaltend mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Polyisocyanat- gemisch, einer Mischung a) aus ai) Diphenylmethandiisocyanat und aii) Triphenylen- dimethylentriisocyanat, wobei die Mischung a) mindestens 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyisocyanatgemischs, Triphenylendimethylentriisocyanat enthält, umfassend die Schritte A) Umsetzung von Anilin und Formaldehyd zu einem Gemisch aus Diphenylmethan- diamin und seinen höheren Homologen,The object could be achieved by a process for the preparation of polyisocyanate mixtures containing at least 90% by weight, based on the polyisocyanate mixture, of a mixture a) of ai) diphenylmethane diisocyanate and aii) triphenylene dimethyltriisocyanate, the mixture a) at least 2 Wt .-%, based on the weight of the polyisocyanate mixture, Triphenylendimethylentriisocyanat containing the steps A) conversion of aniline and formaldehyde to a mixture of diphenylmethanediamine and its higher homologs,
B) Umsetzung des Gemisches aus Schritt A) mit Phosgen und Abtrennung der leicht flüchtigen Verbindungen aus dem Umsetzungsprodukt,B) reaction of the mixture from step A) with phosgene and separation of the volatile compounds from the reaction product,
C) Abtrennung von Diphenylmethandiisocyanat und Triphenylendimethylentriisocya- nat aus dem in Schritt B) anfallenden Produkt.C) separation of diphenylmethane diisocyanate and triphenylendimethylene triisocyanate from the product obtained in step B).
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Polyisocyanatgemische, enthaltend mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Polyisocyanatgemisch, einer Mischung a) aus ai) Diphenylmethandiisocyanat und aii) Triphenylendimethylentriisocyanat, wobei die Mischung a) mindestens 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyisocyanatge- mischs, Triphenylendimethylentriisocyanat aii) enthält.The invention furthermore relates to polyisocyanate mixtures containing at least 90% by weight, based on the polyisocyanate mixture, of a mixture of ai) diphenylmethane diisocyanate and aii) triphenylendimethylene triisocyanate, where the mixture a) contains at least 2% by weight, based on the weight of the Polyisocyanatge- mixed, Triphenylendimethylentriisocyanat aii).
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung von Polyisocyanatgemischen, bestehend aus Diphenylmethandiisocyanat und Triphenylendimethylentriisocyanat, bei der Herstellung von Polyurethanen.The invention furthermore relates to the use of polyisocyanate mixtures consisting of diphenylmethane diisocyanate and triphenylendimethylene triisocyanate in the preparation of polyurethanes.
Die erfindungsgemäßen Polyisocyanatgemische bestehen, wie ausgeführt, zu mindestens 90 Gew.-% aus Diphenylmethandiisocyanat ai) und Triphenylendimethylentriiso- cyanat aii). Der Rest, im folgenden auch als aiii) bezeichnet, können Umsetzungsprodukte von Isocyanaten untereinander, aus der Herstellung des PMDI stammende Nebenverbindungen oder höhere Homologe des MDI mit mindestens 4 aromatischen Kernen sein.The polyisocyanate mixtures according to the invention consist, as stated, of at least 90% by weight of diphenylmethane diisocyanate ai) and triphenylendimethylene triisocyanate aii). The remainder, also referred to below as aiii), may be reaction products of isocyanates with one another, secondary compounds derived from the preparation of the PMDI or higher homologs of the MDI with at least 4 aromatic nuclei.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Polyisocyanatgemisch 97 bis <100 Gew.-%, bezogen auf das Polyisocyanatgemisch, Triphenylendimethy- lentriisocyanat aii).In a preferred embodiment of the invention, the polyisocyanate mixture contains 97 to <100 wt .-%, based on the polyisocyanate mixture, Triphenylendimethy- lentriisocyanat aii).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Polyisocyanatgemisch 20 bis 98 Gew.-% ai), 2 bis 80 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii).In a further preferred embodiment of the invention, the polyisocyanate mixture contains 20 to 98 wt .-% ai), 2 to 80 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Polyisocyanatgemisch 55 bis 98 Gew.-% ai), 2 bis 35 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii).In a further preferred embodiment of the invention, the polyisocyanate mixture contains 55 to 98 wt .-% ai), 2 to 35 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii).
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Polyisocyanatgemisch 35 bis 65 Gew.-% ai), 35 bis 65 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii). Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyisocyanatgemische umfasst, wie ausgeführt, die SchritteIn a further embodiment of the invention, the polyisocyanate mixture contains 35 to 65 wt .-% ai), 35 to 65 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii). The preparation of the polyisocyanate mixtures according to the invention comprises, as stated, the steps
A) Umsetzung von Anilin und Formaldehyd zu einem Gemisch aus Diphenylmethan- diamin und seinen höheren Homologen,A) conversion of aniline and formaldehyde to a mixture of diphenylmethanediamine and its higher homologs,
B) Umsetzung des Gemisches aus Schritt A) mit Phosgen zu einem Gemisch aus Diphenylmethandiisocyanat und seinen höheren Homologen und Abtrennung der leicht flüchtigen Verbindungen aus dem Umsetzungsprodukt,B) reaction of the mixture from step A) with phosgene to give a mixture of diphenylmethane diisocyanate and its higher homologues and separation of the volatile compounds from the reaction product,
C) Abtrennung von Diphenylmethandiisocyanat und Triphenylendimethylentriisocya- nat aus dem in Schritt B) anfallenden Produkt.C) separation of diphenylmethane diisocyanate and triphenylendimethylene triisocyanate from the product obtained in step B).
Dabei können die Schritte unmittelbar nacheinander oder zeitlich und/oder räumlich getrennt ausgeführt werden.The steps can be carried out directly one after the other or temporally and / or spatially separated.
Zumeist erfolgen die Schritte A) und B) unmittelbar nacheinander in einer Anlage. Der Schritt C) kann in zeitlichem Abstand in einer anderen Anlage erfolgen,In most cases, the steps A) and B) take place immediately after one another in a system. Step C) can take place at a different time in another plant,
Die Herstellung von Diphenylmethandiisocyanat und seinen höheren Homologen gemäß den Schritten A) und B) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bekannt und beispielsweise im Kunststoffhandbuch, Band 7 „Polyurethane", herausgegeben von Günter Oertel, Carl Hanser Verlag München Wien, 1993, Kapitel 3.2, oder in EP 1073628 beschrieben.The preparation of diphenylmethane diisocyanate and its higher homologs according to steps A) and B) of the process according to the invention is known and, for example, in Kunststoffhandbuch, volume 7 "Polyurethane", edited by Günter Oertel, Carl Hanser Verlag Munich Vienna, 1993, chapter 3.2, or EP 1073628.
Bekanntermaßen wird dabei in Schritt A) Anilin mit Formaldehyd in Gegenwart saurer Katalysatoren zu einem Gemisch aus Diphenylmethandiamin und seinen höheren Homologen umgesetzt, die Säure abgetrennt und das so erhaltene aufgearbeitete Gemisch in Schritt B) mit Phosgen zu dem entsprechenden Polyisocyanat umgesetzt. Die Umsetzung in Schritt B) erfolgt üblicherweise in Lösung, wobei als Lösungsmittel inerte organische Lösungsmittel, vorzugsweise Chlorbenzole, insbesondere Monochlorben- zol, eingesetzt werden. Es ist auch möglich, das Polyisocyanat als Lösungsmittel einzusetzen.As is known, in step A) aniline is reacted with formaldehyde in the presence of acidic catalysts to give a mixture of diphenylmethanediamine and its higher homologues, the acid is separated off and the resulting worked-up mixture in step B) is reacted with phosgene to give the corresponding polyisocyanate. The reaction in step B) is usually carried out in solution, with solvents used being inert organic solvents, preferably chlorobenzenes, in particular monochlorobenzene. It is also possible to use the polyisocyanate as a solvent.
Nach der Umsetzung in Schritt B) werden üblicherweise nicht umgesetztes Phosgen, das Lösungsmittel, Chlorwasserstoff und leicht flüchtige Nebenprodukte abgetrennt.After the reaction in step B) usually unreacted phosgene, the solvent, hydrogen chloride and volatile by-products are separated.
Aus dem aufgearbeiteten Produkt aus Schritt B) werden in einem weiteren Schritt Diphenylmethandiisocyanat ai) und Triphenylendimethylentriisocyanat aii) abgetrennt.From the worked-up product from step B), in a further step, diphenylmethane diisocyanate ai) and triphenylendimethylene triisocyanate aii) are separated off.
Ein Verfahren zur Abtrennung von Diphenylmethandiisocyanat aus Polymer-MDI ist beispielsweise in EP 1518874 beschrieben. In diesem Dokument werden jedoch kei- nerlei Angaben dazu gemacht, wie das Destillat beschaffen sein muss, und wie dies erreicht werden kann.A method for the separation of diphenylmethane diisocyanate from polymer MDI is described for example in EP 1518874. However, this document does not information on how the distillate should be made and how this can be achieved.
Auch in DE 10 2004 005 320 wird ein Verfahren zur Herstellung von MDI mit einer nachfolgenden Auftrennung der entstehenden Homologen mit unterschiedlichen Anteilen an aromatischen Ringen beschrieben. In diesem Dokument werden die einzelnen Gemische zur Einstellung der Reaktivität mit sauren Verbindungen umgesetzt. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich. Die erfindungsgemäßen Po- lyisocyanatmischungen sind ohne weitere Vorbehandlung zur Herstellung von PoIy- urethanen einsetzbar.Also in DE 10 2004 005 320 a process for the preparation of MDI is described with a subsequent separation of the resulting homologues with different proportions of aromatic rings. In this document, the individual mixtures are reacted to adjust the reactivity with acidic compounds. This is not necessary in the method according to the invention. The polyisocyanate mixtures according to the invention can be used without further pretreatment for the preparation of polyurethanes.
Die Abtrennung in Schritt C) kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen, beispielsweise mittels Destillation, Filtration, Dekantieren, Extraktion und/oder Kristallisation.The separation in step C) can be carried out in different ways, for example by means of distillation, filtration, decantation, extraction and / or crystallization.
Bevorzugt erfolgt die Abtrennung in Schritt C) mittels Destillation, wobei die Destillation insbesondere unter Verwendung mindestens eines Kurzwegverdampfers erfolgt.The separation in step C) preferably takes place by means of distillation, the distillation taking place in particular using at least one short-path evaporator.
Vorzugsweise wird die Destillation bei einem Druck von 0,001 bis 10 mbar, bevorzugt 0,002 bis 6 mbar, besonders bevorzugt 0,002 bis 4 mbar und einer Verdampfertempe- ratur von 70 bis 200°C, bevorzugt 85 bis kleiner 160°C durchgeführt.The distillation is preferably carried out at a pressure of 0.001 to 10 mbar, preferably 0.002 to 6 mbar, more preferably 0.002 to 4 mbar and an evaporator temperature of 70 to 200 ° C, preferably 85 to less than 160 ° C.
Das in diesem Schritt erhaltene Destillat besteht zumeist aus 55 - 98 Gew.-% Diphe- nylmethandiisocyanat ai), 2 - 35 Gew.-% Triphenylendimethylentriisocyanat aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% Verbindungen aus der Gruppe aiii).The distillate obtained in this step usually consists of 55 to 98% by weight of diphenylmethane diisocyanate ai), 2 to 35% by weight of triphenylendimethylene triisocyanate aii) and 0 to less than 10% by weight of compounds from the group aiii).
Aus den in Schritt C) erhaltenen Gemischen kann in einem weiteren Schritt D) weiteres Diphenylmethandiisocyanat ai) abgetrennt werden, um das Verhältnis von 2-Kern- zu 3-Kern-MDI gezielt einzustellen. Das abgetrennte 2-Kern-MDI kann wie üblich zur Herstellung von Polyurethanen eingesetzt werden.From the mixtures obtained in step C), further diphenylmethane diisocyanate ai) can be separated in a further step D) in order to set the ratio of 2-core to 3-core MDI in a targeted manner. The separated 2-core MDI can be used as usual for the production of polyurethanes.
Zur Durchführung von Schritt D) ist es möglich, das Gemisch zu destillieren. Vorzugsweise wird die Destillation bei einem Druck von 0,001 bis 10 mbar, bevorzugt 0,002 bis 6 mbar, besonders bevorzugt 0,002 bis 4 mbar und einer Verdampfertemperatur von 70 bis 200°C, bevorzugt 85 bis kleiner 160°C durchgeführt.To carry out step D), it is possible to distill the mixture. The distillation is preferably carried out at a pressure of 0.001 to 10 mbar, preferably 0.002 to 6 mbar, more preferably 0.002 to 4 mbar and an evaporator temperature of 70 to 200 ° C, preferably 85 to less than 160 ° C.
Die in Verfahrensschritt C) erhaltenen Polyisocyanatgemische bilden zumeist bei Raumtemperatur ein Zwei-Phasen-Gemisch mit einer flüssigen und einer festen kristallinen Phase. Durch einfaches Dekantieren oder Filtrieren lässt sich die flüssige Phase, die ein Polyisocyanatgemisch mit 20 bis 98 Gew.-% ai), 2 bis 80 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii) ist, abtrennen. Polyisocyanatgemische mit dieser Zusammensetzung haben einen NCO-Gehalt von 32,6 bis 33,6 Gew.-% und eine dynamische Viskosität von 5 bis 200 mPa-s bei 25°C. Die in Verfahrensschritt C) erhaltenen PoIy- isocyanatgemische können auch in mindestens einem weiteren Verfahrensschritt D) destillativ weiter aufgearbeitet werden, so dass ein Polyisocyanatgemisch mit 20 bis 98 Gew.-% ai), 2 bis 80 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii) erhalten wird. Bevorzugte Bedingungen für die Destillation sind ein Druck von 0,001 bis 10 mbar, bevorzugt 0,002 bis 6 mbar, besondere bevorzugt 0,002 bis 4 mbar sowie Verdampfertemperaturen von 70 bis 200°C, bevorzugt 85 bis kleiner 160°C.The polyisocyanate mixtures obtained in process step C) usually form a two-phase mixture with a liquid and a solid crystalline phase at room temperature. By simple decantation or filtration, the liquid phase, which is a polyisocyanate mixture with 20 to 98 wt .-% ai), 2 to 80 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii) is separated off. Polyisocyanate mixtures with this composition have an NCO content of 32.6 to 33.6 wt .-% and a dynamic viscosity of 5 to 200 mPa · s at 25 ° C. The polyols obtained in process step C) isocyanate mixtures can also be worked up by distillation in at least one further process step D), so that a polyisocyanate mixture with 20 to 98 wt .-% ai), 2 to 80 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii) is obtained. Preferred conditions for the distillation are a pressure of 0.001 to 10 mbar, preferably 0.002 to 6 mbar, more preferably 0.002 to 4 mbar and evaporator temperatures of 70 to 200 ° C, preferably 85 to less than 160 ° C.
In einer besonderen Ausführungsform wird ein Polyisocyanatgemisch mit einem Gehalt von 35 bis 65 Gew.-% ai), 35 bis 65 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii) in Verfahrensschritt D) durch Destillation der in Verfahrensschritt C) erhaltenen Polyiso- cyanatgemische erhalten. Bevorzugt erfolgt die Aufarbeitung durch Destillation bei einem Druck von 0,001 bis 10 mbar, bevorzugt 0,002 bis 6 mbar, besondere bevorzugt 0,002 bis 4 mbar sowie Verdampfertemperaturen von 70 bis 200°C, bevorzugt 85 bis kleiner 160°C. Besonders bevorzugt ist die Destillation in mindestens einer Kurzweg- verdampferstufe. Die so hergestellten Polyisocyanatgemische haben einen NCO-In a particular embodiment, a polyisocyanate mixture having a content of 35 to 65 wt .-% ai), 35 to 65 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii) in process step D) by distillation in the process step C) obtained Polyiso- cyanatgemische. The workup is preferably carried out by distillation at a pressure of 0.001 to 10 mbar, preferably 0.002 to 6 mbar, more preferably 0.002 to 4 mbar and evaporator temperatures of 70 to 200 ° C, preferably 85 to less than 160 ° C. Particular preference is given to the distillation in at least one short-path evaporation stage. The polyisocyanate mixtures thus prepared have an NCO
Gehalt von 32,6 bis 33,6 Gew.-% und eine dynamische Viskosität von 5 bis 100 mPa-s bei 25°C. Polyisocyanatgemische mit dieser Zusammensetzung zeichnen sich besonders durch gute Lagerstabilität aus und können bevorzugt als Vernetzer zur Herstellung von thermoplastischen Polyurethanen eingesetzt werden.Content of 32.6 to 33.6 wt .-% and a dynamic viscosity of 5 to 100 mPa · s at 25 ° C. Polyisocyanate mixtures with this composition are characterized in particular by good storage stability and can preferably be used as crosslinking agents for the production of thermoplastic polyurethanes.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann durch Verringerung des Feed- stromes im Verfahrensschritt C) um einen Faktor von mindestens drei ein Polyisocyanatgemisch der Zusammensetzung 35 bis 65 Gew.-% ai), 35 bis 65 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii) ohne zusätzliche Aufarbeitung erhalten werden. Das heißt, durch Reduzierung des Anlagendurchsatzes um einen Faktor von mindestens 3 werden auch ohne einen zusätzlichen Verfahrensschritt D) Polyisocyanatgemische der Zusammensetzung mit 35 bis 65 Gew.-% ai), 35 bis 65 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii) erhalten. Je nach Marktbedarf kann der Prozess zielgerichtet eingestellt werden, dass zum einen bei maximalem Anlagendurchsatz bevorzugt 2-Kern-MDI armes PMDI und ein Polyisocyanatgemisch mit 2 bis 35 Gew.-% Triphenylendimethy- lentriisocyanat erhalten werden oder bei einem reduzierten Anlagendurchsatz 2-Kern- MDI armes PMDI und bevorzugt ein Polyisocyanatgemisch mit hohem Gehalt an Triphenylendimethylentriisocyanat, d. h. mit 35 bis 65 Gew.-% Triphenylendimethy- lentriisocyanat hergestellt werden.In a further preferred embodiment, by reducing the feed stream in process step C) by a factor of at least three, a polyisocyanate mixture of the composition 35 to 65 wt .-% ai), 35 to 65 wt .-% aii) and 0 to less than 10 Wt .-% aiii) without additional workup can be obtained. That is, by reducing the plant throughput by a factor of at least 3 without additional process step D) polyisocyanate mixtures of the composition with 35 to 65 wt .-% ai), 35 to 65 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii). Depending on the market requirements, the process can be adjusted in a targeted manner, firstly at maximum system throughput, preferably 2-core MDI poor PMDI and a polyisocyanate mixture with 2 to 35 wt .-% Triphenylendimethy- lentriisocyanat or at a reduced system throughput 2-core MDI poor PMDI and preferably a polyisocyanate mixture with a high content of Triphenylendimethylentriisocyanat, d. H. be prepared with 35 to 65 wt .-% Triphenylendimethy- lentriisocyanat.
Eine weitere Möglichkeit der Abtrennung von Diphenylmethandiisocyanat in Verfahrensschritt C) ist die Extraktion. Als Extraktionsmittel werden gegenüber Isocyanaten inerte Lösungsmittel, wie Kohlenwasserstoffe, beispielsweise n-Hexan, eingesetzt. Die Extraktion wird insbesondere zur Herstellung von Polyisocyanatgemischen mit einem hohen Gehalt an Triphenylendimethylentriisocyanat aii) eingesetzt. Die Extraktion wird nach den im Stand der Technik üblichen und bekannten Verfahren durchgeführt. Durch die genannte weitere Abtrennung von Diphenylmethandiisocyanat ai) kann eine Erhö- hung des Gehalts an Triphenylendimethylentriisocyanat aii) in der Mischung erreicht werden. Dies ist für Anwendungen, in denen es auf eine hohe Funktionalität des Gemisches ankommt, besonders von Bedeutung.Another possibility for the separation of diphenylmethane diisocyanate in process step C) is the extraction. The extractants used are isocyanate-inert solvents, such as hydrocarbons, for example n-hexane. The extraction is used in particular for the preparation of polyisocyanate mixtures having a high content of triphenylendimethylene triisocyanate aii). The extraction is carried out according to the methods known and known in the art. As a result of said further separation of diphenylmethane diisocyanate ai), an increase in increase in the content of triphenylendimethylene triisocyanate aii) in the mixture. This is particularly important for applications where high functionality of the mixture is important.
Die in Verfahrensschritt C) erhaltenen Polyisocyanatgemische können in mindestens einem weiteren Verfahrensschritt D) so aufgearbeitet werden, dass ein Polyisocyanat- gemisch mit 97 bis <100 Gew.-% Triphenylendimethylentriisocyanat, bezogen auf das Polyisocyanatgemisch, erhalten wird. Bei dem Rest handelt es sich Diphenylmethan- diisocyanat ai) und Verbindungen aus der Gruppe aiii). Das Polyisocyanatgemisch die- ser Zusammensetzung hat einen NCO-Gehalt zwischen 32,2 und 33,2 Gew.-% und eine dynamische Viskosität von 5 bis 100 mPa-s bei 75°C.The polyisocyanate mixtures obtained in process step C) can be worked up in at least one further process step D) so that a polyisocyanate mixture having 97 to <100% by weight of triphenylendimethylene triisocyanate, based on the polyisocyanate mixture, is obtained. The remainder is diphenylmethane diisocyanate ai) and compounds from the group aiii). The polyisocyanate mixture of this composition has an NCO content of between 32.2 and 33.2% by weight and a dynamic viscosity of from 5 to 100 mPa.s at 75 ° C.
Erfindungsgemäße Polyisocyanatgemische mit einem Gehalt an Triphenylendimethy- lentriisocyanat aii) von mindestens 97 Gew.-% sind bei Raumtemperatur fest. Ihr Schmelzpunkt liegt bei etwa 65 bis 70°C, ihr NCO-Gehalt zwischen 32,2 bis 33,2 Gew.- %. In Chemistry and Technology of Isocyanates (Henri Ulrich; John Wiley & Sons; 1996; Seite 388) sind die Schmelzbereiche der sieben möglichen isomeren Formen des Triphenylendimethylentriisocyanats aii) publiziert.Polyisocyanate mixtures according to the invention having a content of triphenylendimethylene triisocyanate aii) of at least 97% by weight are solid at room temperature. Their melting point is about 65 to 70 ° C, their NCO content between 32.2 to 33.2% by weight. In Chemistry and Technology of Isocyanates (Henri Ulrich, John Wiley & Sons, 1996; page 388), the melting ranges of the seven possible isomeric forms of triphenylenedimethylene triisocyanate aii) are published.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es ohne Abfallprodukte auskommt. Das in Schritt C) anfallende Restprodukt kann, wie in EP 1518874 beschrieben, ebenfalls zur Herstellung von Polyurethanen eingesetzt werden. Dieses Roh-MDI-Gemisch, das im wesentlichen frei von flüchtigem Diphenylmethandiisocya- nat ist, kann als Ausgangsprodukt für hochvernetzte Polyurethane, insbesondere PoIy- urethan-Hartschaumstoffe, eingesetzt werden. Auf Grund der fast vollständigen Freiheit von Diphenylmethandiisocyanat gibt es keine toxikologischen Probleme durch diese Verbindung. Dadurch kann ein solches an 2-Kern-MDI armes Roh-MDI-Gemisch besonders vorteilhaft zur Herstellung von Dosenschäumen, aber auch für 1 -Komponenten- und 2-Komponenten-Polyurethanschaumstoffe, Beschichtungen, Klebstoffe, insbesondere Schmelzklebstoffe, wie Hotmelts, Verpackungsklebstoffe, Anstrichstoffe, Thermoplaste, kompakte oder zellige Elastomere oder als Additiv zur Verhinderung von Kristallisation und hochfunktionelle Vernetzer verwendet werden.An advantage of the method according to the invention is that it manages without waste products. The residual product obtained in step C) can, as described in EP 1518874, also be used for the preparation of polyurethanes. This crude MDI mixture, which is substantially free of volatile diphenylmethane diisocyanate, can be used as starting material for highly crosslinked polyurethanes, in particular rigid polyurethane foams. Due to the almost complete freedom of diphenylmethane diisocyanate, there are no toxicological problems with this compound. As a result, such a 2-core MDI poor raw MDI mixture particularly advantageous for the production of can foams, but also for 1-component and 2-component polyurethane foams, coatings, adhesives, especially hot melt adhesives, such as hotmelts, packaging adhesives, paints , Thermoplastics, compact or cellular elastomers, or as an additive to prevent crystallization and highly functional crosslinkers.
Die in Schritt C) und/oder D) anfallenden Diphenylmethandiisocyanat enthaltenden Gemische können direkt als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Polyurethanen eingesetzt oder, falls sie dafür nicht brauchbar sind, dem in Schritt B) hergestellten PMDI-Gemisch (Roh-MDI) zugesetzt werden, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der Qualität dieser Produkte kommt.The mixtures containing diphenylmethane diisocyanate obtained in step C) and / or D) can be used directly as starting material for the preparation of polyurethanes or, if they are not useful, added to the PMDI mixture (crude MDI) prepared in step B), without affecting the quality of these products.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyisocyanatgemische a) können vielfältig eingesetzt werden. Ein Einsatzgebiet ist die Verhinderung der Kristallisation, beispielsweise von Polyesteralkoholen auf Basis Adipinsäure und einem Diol mit gerader C-Atom-Anzahl, wie z.B. Ethylenglykol, Butandiol oder Hexandiol durch anteilige Urethanisierung. Die Menge der zugesetzten Polyisocyanatgemische sollte groß genug sein, um die erforderli- che Stabilität gegen die Kristallisation zu bewirken, jedoch nicht so groß, dass eine Beeinträchtigung der Eigenschaften der Flüssigkeiten resultiert.The polyisocyanate mixtures a) prepared by the process according to the invention can be used in many ways. A field of application is the prevention of crystallization, for example of polyester alcohols based on adipic acid and an even C-atom diol, such as ethylene glycol, butanediol or hexanediol by proportionate urethanization. The amount of polyisocyanate mixtures added should be large enough to provide the requisite crystallization stability, but not so great as to interfere with the properties of the liquids.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit ist die Verhinderung der Kristallisation von Polyisocya- natmischungen auf Basis von Diphenylmethandiisocyanat. Da reines Diphenylmethan- diisocyanat bei Raumtemperatur als Feststoff schlecht verarbeitbar ist, wird es häufig durch chemische Umsetzungen verflüssigt. Diese Produkte haben häufig eine geringe Lagerstabilität. Überraschenderweise kann die Kristallisation durch den Zusatz der erfindungsgemäßen Polyisocyanatmischungen deutlich reduziert werden. Vorzugsweise sollten die erfindungsgemäßen Polyisocyanatmischungen in einer solchen Menge zugesetzt werden, dass der Gehalt an 3-Kern-MDI in der Isocyanatmischung im Bereich zwischen 0,1 bis 49 Gew.-% liegt.Another possible use is the prevention of the crystallization of Polyisocyana- natmischungen based on diphenylmethane diisocyanate. Since pure diphenylmethane diisocyanate is difficult to process at room temperature as a solid, it is often liquefied by chemical reactions. These products often have a low storage stability. Surprisingly, the crystallization can be significantly reduced by the addition of the polyisocyanate mixtures according to the invention. Preferably, the polyisocyanate mixtures according to the invention should be added in such an amount that the content of 3-core MDI in the isocyanate mixture in the range between 0.1 to 49 wt .-% is.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Polyisocyanatgemische a) ist als Vernetzer in Kunststoffen, insbesondere in Polyurethanen. Insbesondere solche Polyurethane, die nur schwach oder überhaupt nicht vernetzt sind, können mit den erfindungsgemäßen Polyisocyanatgemischen vernetzt werden. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Polyisocyanatgemische zur Vernetzung von thermoplastischen Polyurethanen, auch als TPU bezeichnet, eingesetzt.Another possible use of the polyisocyanate mixtures a) according to the invention is as crosslinking agents in plastics, in particular in polyurethanes. In particular, those polyurethanes which are only weakly crosslinked or not at all crosslinked can be crosslinked with the polyisocyanate mixtures according to the invention. The polyisocyanate mixtures according to the invention are preferably used for crosslinking thermoplastic polyurethanes, also referred to as TPUs.
TPU sind im wesentlichen lineare Polyurethane. Zur Verbesserung von mechanischen Eigenschaften, wie Härte und E-Modul, kann eine teilweise Vernetzung dieser Produkte vorteilhaft sein.TPUs are essentially linear polyurethanes. To improve mechanical properties, such as hardness and modulus of elasticity, partial crosslinking of these products may be advantageous.
Die bisher üblichen Vernetzungsmittel, beispielsweise modifizierte, insbesondere a- liphatische Triisocyanate, wie Isocyanurat oder Biuret, haben den Nachteil, dass Gruppen eingebaut werden, die sich von den übrigen Isocyanat-Aufbaukomponenten der TPU unterscheiden.The conventional crosslinking agents, for example modified, in particular aliphatic triisocyanates, such as isocyanurate or biuret, have the disadvantage that groups are incorporated which differ from the other isocyanate structural components of the TPU.
Die erfindungsgemäßen Polyisocyanatgemische sind auf Grund ihrer ähnlichen Struk- tur mit den übrigen NCO-funktionellen Aufbaukomponenten der TPU gut verträglich. Die Menge der erfindungsgemäß zugesetzten Polyisocyanatgemische richtet sich nach dem gewünschten Grad der Vernetzung und liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,001 und 10 Gew.-% 3-Kern-MDI aii), bezogen auf das Gewicht des TPU.Due to their similar structure, the polyisocyanate mixtures according to the invention are readily compatible with the other NCO-functional constituent components of the TPU. The amount of the polyisocyanate mixtures added according to the invention depends on the desired degree of crosslinking and is preferably in the range from 0.001 to 10% by weight of 3-core MDI aii), based on the weight of the TPU.
Prinzipiell ist es vorteilhaft, wenn der Gehalt an Triphenylendimethylentriisocyanat in dem zugesetzten erfindungsgemäßen Polyisocyanatgemisch so groß wie möglich ist. Da jedoch, wie oben beschrieben, Triphenylendimethylentriisocyanat mit einer Reinheit von mindestens 97 Gew.-% fest ist, kann es vorteilhaft sein, flüssige Gemische mit einem geringeren Gehalt an Triphenylendimethylentriisocyanat einzusetzen, die besser verarbeitbar sind. Die Menge an Diphenylmethandiisocyanat in den erfindungsgemäßen Polyisocyanatgemischen muss dann auf das eingesetzte Diisocyanat angerechnet werden. Bevorzugt werden Polyisocyanatgemische der Zusammensetzung von 35 bis 65 Gew.-% ai), 35 bis 65 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii) als Vernetzer eingesetzt.In principle, it is advantageous if the content of triphenylendimethylene triisocyanate in the added polyisocyanate mixture according to the invention is as large as possible. However, as described above, triphenylendimethylene triisocyanate with a purity is at least 97 wt .-% is fixed, it may be advantageous to use liquid mixtures with a lower content of Triphenylendimethylentriisocyanat, which are better processable. The amount of diphenylmethane diisocyanate in the polyisocyanate mixtures according to the invention must then be taken into account for the diisocyanate used. Preference is given to using polyisocyanate mixtures having a composition of from 35 to 65% by weight of ai), from 35 to 65% by weight of aii) and from 0 to less than 10% by weight aiii) as crosslinking agent.
Die Herstellung der TPU erfolgt nach üblichem Verfahren durch Umsetzung von Diiso- cyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, vorzugsweise difunktionellen Alkoholen.The preparation of the TPU is carried out according to the usual method by reacting diisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms, preferably difunctional alcohols.
Als Diisocyanate können übliche aromatische, aliphatische und/oder cycloaliphatische Diisocyanate, beispielsweise Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Toluylendiisocyanat (TDI), Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa-, Hepta- und/oder Oktamethylendiisocyanat, 2-Methyl- pentamethylen-diisocyanat-1 ,5, 2-Ethyl-butylen-diisocyanat-1 ,4, 1-lsocyanato-3,3,5- trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (Isophoron-diisocyanat, IPDI), 1 ,4- und/oder 1 ,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan (HXDI), 1 ,4-Cyclohexan-diisocyanat, 1-Methyl- 2,4- und/oder -2, 6-cyclohexan-diisocyanat, 4,4'-, 2,4'- und/oder 2, 2'-Dicyclohexyl- methan-diisocyanat eingesetzt werden. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren MDI als Diisocyanat eingesetzt.Suitable diisocyanates are customary aromatic, aliphatic and / or cycloaliphatic diisocyanates, for example diphenylmethane diisocyanate (MDI), tolylene diisocyanate (TDI), tri-, tetra-, penta-, hexa-, hepta- and / or octamethylene diisocyanate, 2-methylpentamethylene diisocyanate 1, 5, 2-ethyl-butylene-diisocyanate-1, 4, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI), 1, 4 and / or 1 , 3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane (HXDI), 1,4-cyclohexane diisocyanate, 1-methyl-2,4- and / or -2,6-cyclohexane diisocyanate, 4,4'-, 2,4 ' - And / or 2, 2'-dicyclohexyl methane diisocyanate are used. Preferably, MDI is used as the diisocyanate in the process according to the invention.
Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen können allgemein bekannte PoIy- hydroxylverbindungen mit Molekulargewichten von 500 bis 8000, bevorzugt 600 bis 6000, insbesondere 800 bis 4000, und bevorzugt einer mittleren Funktionalität von 1 ,8 bis 2,6, bevorzugt 1 ,9 bis 2,2, insbesondere 2 eingesetzt werden, beispielsweise Polyesterole, Polyetherole und/oder Polycarbonatdiole. Bevorzugt werden Polyesterdiole eingesetzt, die erhältlich sind durch Umsetzung von Butandiol und Hexandiol als Diol mit Adipinsäure als Dicarbonsäure, wobei das Gewichtsverhältnis von Butandiol zu Hexandiol bevorzugt 2 zu 1 beträgt. Bevorzugt ist weiterhin Polytetrahydrofuran mit einem Molekulargewicht von 750 bis 2500 g/mol, bevorzugt 750 bis 1200 g/mol.As isocyanate-reactive compounds, generally known polyhydroxy compounds having molecular weights of 500 to 8,000, preferably 600 to 6,000, especially 800 to 4,000, and preferably an average functionality of 1, 8 to 2.6, preferably 1, 9 to 2.2 , in particular 2, for example polyesterols, polyetherols and / or polycarbonate diols. Preference is given to using polyesterdiols obtainable by reacting butanediol and hexanediol as diol with adipic acid as dicarboxylic acid, the weight ratio of butanediol to hexanediol preferably being 2: 1. Also preferred is polytetrahydrofuran having a molecular weight of 750 to 2500 g / mol, preferably 750 to 1200 g / mol.
Als Kettenverlängerungsmittel können allgemein bekannte Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise Diamine und/oder Alkandiole mit 2 bis 10 C-Atomen im Alky- lenrest, insbesondere Ethylenglykol und/oder Butandiol-1 ,4, und/oder Hexandiol und/oder Di- und/oder Tri-oxyalkylenglykole mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Oxyalky- lenrest, bevorzugt entsprechende Oligo-Polyoxypropylenglykole, wobei auch Mischungen der Kettenverlängerer eingesetzt werden können. Als Kettenverlängerer können auch 1 ,4-Bis-(hydroxymethyl)-benzol (1 ,4-BHMB), 1 ,4-Bis-(hydroxyethyl)-benzol (1 ,4- BHEB) oder 1 ,4-Bis-(2-hydroxyethoxy)-benzol (1 ,4-HQEE) zum Einsatz kommen. Bevorzugt werden als Kettenverlängerer Ethylenglykol und Hexandiol, besonders bevorzugt Ethylenglykol. Üblicherweise werden Katalysatoren eingesetzt, welche die Reaktion zwischen den NCO-Gruppen der Diisocyanate und den Hydroxylgruppen der Aufbaukomponenten beschleunigen, beispielsweise tertiäre Amine, wie Triethylamin, Dimethylcyclohexyla- min, N-Methylmorpholin, N,N'-Dimethylpiperazin, 2-(Dimethylaminoethoxy)-ethanol, Diazabicyclo-(2,2,2)-octan und ähnliche sowie insbesondere organische Metallverbindungen wie Titansäureester, Eisenverbindungen wie z.B. Eisen— (Ml)- acetylacetonat, Zinnverbindungen, wie Zinndiacetat, Zinndilaurat oder die Zinndialkylsalze aliphati- scher Carbonsäuren wie Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat oder ähnliche. Die Katalysatoren werden üblicherweise in Mengen von 0,0001 bis 0,1 Gew. -Teilen pro 100 Gew.-Teile Polyhydroxylverbindung eingesetzt.As chain extenders it is possible to use generally known compounds, for example diamines and / or alkanediols having 2 to 10 C atoms in the alkylene radical, in particular ethylene glycol and / or butanediol-1, 4, and / or hexanediol and / or di- and / or Tri-oxyalkylenglykole having 3 to 8 carbon atoms in the oxyalkylene lenrest, preferably corresponding oligo-polyoxypropylene glycols, mixtures of the chain extenders can be used. As chain extenders it is also possible to use 1,4-bis (hydroxymethyl) benzene (1,4-BHMB), 1,4-bis (hydroxyethyl) benzene (1,4-BHEB) or 1,4-bis (2 -hydroxyethoxy) -benzene (1, 4-HQEE) are used. Preferred chain extenders are ethylene glycol and hexanediol, particularly preferably ethylene glycol. Usually, catalysts are used which accelerate the reaction between the NCO groups of the diisocyanates and the hydroxyl groups of the synthesis components, for example tertiary amines, such as triethylamine, dimethylcyclohexylamine, N-methylmorpholine, N, N'-dimethylpiperazine, 2- (dimethylaminoethoxy) - ethanol, diazabicyclo- (2,2,2) -octane and the like and in particular organic metal compounds such as titanic acid esters, iron compounds such as iron (Ml) - acetylacetonate, tin compounds such as tin diacetate, tin dilaurate or Zinndialkylsalze aliphatic carboxylic acids such as dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate or similar. The catalysts are usually used in amounts of from 0.0001 to 0.1 parts by weight per 100 parts by weight of polyhydroxyl compound.
Neben Katalysatoren können den Aufbaukomponenten auch übliche Hilfsstoffe hinzugefügt werden. Genannt seien beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Flamm- Schutzmittel, Keimbildungsmittel, Gleit- und Entformungshilfen, Farbstoffe und Pigmente, Inhibitoren, Stabilisatoren gegen Hydrolyse, Licht, Hitze, Oxidation oder Verfärbung, Schutzmittel gegen mikrobiellen Abbau, anorganische und/oder organische Füllstoffe, Verstärkungsmittel und Weichmacher.In addition to catalysts, it is also possible to add conventional auxiliaries to the structural components. Mention may be made, for example, of surface-active substances, flame retardants, nucleating agents, lubricants and mold release agents, dyes and pigments, inhibitors, stabilizers against hydrolysis, light, heat, oxidation or discoloration, protective agents against microbial degradation, inorganic and / or organic fillers, reinforcing agents and plasticizers ,
Zur Einstellung des Molekulargewichtes können gegenüber Isocyanat reaktive monofunktionelle Verbindungen, bevorzugt Monoalkohole eingesetzt werden.To adjust the molecular weight, it is possible to use isocyanate-reactive monofunctional compounds, preferably monoalcohols.
Die Herstellung der TPU erfolgt zumeist nach üblichen Verfahren, wie mittels Bandanlagen oder Reaktionsextruder.The preparation of the TPU is usually carried out by conventional methods, such as by belt systems or reaction extruder.
Die Erfindung soll an den nachstehenden Beispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail in the following examples.
Beispiel 1 :Example 1 :
2,24 kg/h Polymer-MDI, hergestellt durch Umsetzung von Anilin und Formaldehyd und nachfolgende Umsetzung des erhaltenen Amingemisches mit Phosgen, mit einem Gehalt von 55,2 Gew.-% Diphenylmethandiisocyanat, 31 ,8 Gew.-% freiem NCO und einer Viskosität bei 25°C von 62 mPa-s wurden in zwei Kurzwegverdampferstufen mit 0,06 im2 Verdampferoberfläche je Kurzwegverdampfer kontinuierlich zu einem monomerar- men Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat mit einem Restgehalt an Diphenylmethandiisocyanat von 1690 ppm, 29,6 Gew.-% freiem NCO und einer Viskosität bei 25°C von 24480 mPa-s entmonomerisiert. Mit 1 ,19 kg/h wurde die Destillatfraktion der ersten Verdampferstufe abgenommen. Die Analyse ergab reines 2-Kern MDI. Mit 0,17 kg/h wurde die Destillatfraktion der zweiten Verdampferstufe erhalten, die aus 74,0 Gew.-% Diphenylmethandiisocyanat und 24,1 Gew.-% Triphenylendimethylentrii- socyanat bestand. Die restlichen 1 ,9 Gew.-% der zweiten Destillatfraktion waren Car- bamoylchlorid und höherfunktionelle Homologe des MDI mit mindestens 4 aromatischen Kernen.2.24 kg / h of polymer-MDI, prepared by reacting aniline and formaldehyde and subsequent reaction of the resulting amine mixture with phosgene, containing 55.2 wt .-% of diphenylmethane diisocyanate, 31, 8 wt .-% free NCO and a Viscosity at 25 ° C of 62 mPa-s were in two Kurzwegverdampferstufen with 0.06 in 2 evaporator per short-path evaporator continuously to a monomer poor polyphenylenepolymethylene polyisocyanate with a residual content of diphenylmethane diisocyanate 1690 ppm, 29.6 wt .-% free NCO and a Viscosity at 25 ° C of 24480 mPa-s demonomerized. At 1, 19 kg / h, the distillate fraction of the first evaporator stage was removed. The analysis revealed pure 2-core MDI. At 0.17 kg / h, the distillate fraction of the second evaporator stage was obtained, which consisted of 74.0 wt .-% diphenylmethane diisocyanate and 24.1 wt .-% Triphenylendimethylentrii- socyanat. The remaining 1.9% by weight of the second distillate fraction were car- bamoyl chloride and higher functional homologs of MDI with at least 4 aromatic nuclei.
Beispiel 2:Example 2:
2,15 kg/h eines Triphenylendimethylentriisocyanat enthaltenden Polyphenylenpoly- methylenpolyisocyanat-Gemisches, erhalten in der zweiten Verdampferstufe von Beispiel 1 , wurden in zwei Verdampferstufen (1. Verdampferstufe: Dünnschichtverdampfer mit 0,06 m2 Verdampferoberfläche: 0,13 mbar und 195°C; 2. Verdampferstufe: Kurz- wegverdampfer mit 0,06 m2 Verdampferoberfläche: 0,007 mbar und 152°C) zu einem Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat-Gemisch mit einem Gehalt an Triphenylendi- methylentriisocyanat von 97,8 %, einem Gehalt an freiem NCO von 32,5 Gew.-% und einem Schmelzbereich von 65 bis 67°C aufkonzentriert. Die restlichen 2,2 Gew.-% waren 2-Kern-MDI.2.15 kg / h of a Triphenylendimethylentriisocyanat containing Polyphenylenpoly- methylene polyisocyanate mixture, obtained in the second evaporator stage of Example 1, were in two evaporator stages (1st evaporator stage: thin-film evaporator with 0.06 m 2 evaporator surface: 0.13 mbar and 195 ° C. 2. evaporator stage: short-path evaporator with 0.06 m 2 evaporator surface: 0.007 mbar and 152 ° C) to a Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat mixture with a content of Triphenylendi- methylentriisocyanat of 97.8%, a content of free NCO of 32.5 Wt .-% and a melting range of 65 to 67 ° C concentrated. The remaining 2.2% by weight were 2-core MDI.
Beispiel 3:Example 3:
Ein Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat-Gemisch enthaltend 16,6 Gew.-% Triphe- nylendimethylentriisocyanat und 79,4 Gew.-% Diphenylmethandiisocyanat wurde mit 4,88 kg/h mittels Kurzwegverdampfer (0,06 m2 Verdampferoberfläche) bei 0,13 mbar und 145°C Verdampfertemperatur zu einem 37,6 Gew.-% Triphenylendimethylentriiso- cyanat enthaltenden Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat-Gemisch mit einer Viskosität bei 25°C von 40 mPa-s aufkonzentriert.A polyphenylenepolymethylene polyisocyanate mixture containing 16.6% by weight of triphenylendimethylene triisocyanate and 79.4% by weight of diphenylmethane diisocyanate was added at 4.88 kg / h by means of short-path evaporator (0.06 m 2 evaporator surface) at 0.13 mbar and 145 ° C evaporator temperature to a 37.6 wt .-% Triphenylendimethylentriiso- cyanate containing Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat mixture having a viscosity at 25 ° C of 40 mPa-s concentrated.
Beispiel 4:Example 4:
Herstellung von Thermoplastischem Polyurethan-Elastomer (TPU)Production of Thermoplastic Polyurethane Elastomer (TPU)
Die folgenden Isocyanatgruppen aufweisenden Verbindungen wurden eingesetzt: Isocyanat 1 : Lupranat® MP 102: modifiziertes Diphenylmethandiisocyanat Isocyanat 2: Basonat® Hl 100: Triisocyanat auf Basis von isocyanuratisiertem Hexamethylendiiso- cyanat Isocyanat 3: Basonat® HB 6500: Triisocyanat auf Basis von biuretisiertem He- xamethylendiisocyanat Isocyanat 4: Triphenylendimethylentriisocyanat enthaltendes Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat-Gemisch, bestehend aus 2-Kern-MDI und 3- Kern-MDI mit einem Verhältnis 2-Kern zu 3-Kern von 52:46.The following isocyanate group-containing compounds have been used: Isocyanate 1: Lupranat® MP 102: modified diphenylmethane diisocyanate Isocyanate 2: Basonat® HI 100: triisocyanate based on isocyanurated hexamethylene diisocyanate Isocyanate 3: Basonat® HB 6500: Triisocyanate based on biuretized hexamethylene diisocyanate Isocyanate 4: Triphenylendimethylene triisocyanate-containing polyphenylene polymethylene polyisocyanate mixture consisting of 2-core MDI and 3-core MDI with a 2-core to 3-core ratio of 52:46.
Es wurden Vernetzermischungen A, B und C durch Mischen der jeweils zwei- und drei- funktionellen Isocyanate erhalten (Tabelle 1 ).
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Crosslinker mixtures A, B and C were obtained by mixing the respectively difunctional and trifunctional isocyanates (Table 1).
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Tabelle 1Table 1
Jeweils 2,5 Gew.-% einer Vernetzermischung gemäß Tabelle 1 wurden nach einem in [1] beschriebenen Verfahren zu einem Elastollan® 1 195A zugegeben. Dabei wurden verschiedene TPU-Proben erhalten (Tabelle 2).In each case 2.5% by weight of a crosslinker mixture according to Table 1 were added to an Elastollan® 1 195A by a process described in [1]. Different TPU samples were obtained (Table 2).
[1]... "Increasing the End-Use Temperature of TPU Products"; ANTEC 2005, Proceedings of the 63rd Annual Technical Conference & Exhibition, Boston, MA, May 1- 5, Society of Plastic Engineers, pp. 3620-3624; Oliver Henze and Armando Sardanopoli.[1] ... "Increasing the End-Use Temperature of TPU Products"; ANTEC 2005, Proceedings of the 63 rd Annual Technical Conference & Exhibition, Boston, MA, May 1- 5, Society of Plastics Engineers, pp. 3620-3624; Oliver Henze and Armando Sardanopoli.
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Tabelle 2:Table 2:
Die Gelanteile der erhaltenen Proben wurden bestimmt. Dazu wurden jeweils 2 g einer zerkleinerten Probe in 50 ml DMF für 14 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde für die Proben durch Massenbilanzierung der unlösliche Anteil bestimmt. Die TPU-Proben, die zusätzlich einen Vernetzer enthielten, waren nicht mehr vollständig löslich wie die Vergleichsprobe AO. Der größte unlösliche Anteil mit mehr als 90 % wurde für die TPU-Probe E 2.5 bestimmt (Tabelle 3).The gel contents of the obtained samples were determined. For this purpose, in each case 2 g of a comminuted sample in 50 ml of DMF were stirred for 14 hours at room temperature. Subsequently, the insoluble fraction was determined for the samples by mass balancing. The TPU samples, which additionally contained a crosslinker, were no longer completely soluble like the comparative sample AO. The largest insoluble fraction of more than 90% was determined for the TPU sample E 2.5 (Table 3).
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Tabelle 3:Table 3:
Die mechanischen Eigenschaften der vier TPU-Proben wurden analysiert. Alle Vernetzer enthaltenden TPU-Proben hatten im Vergleich zum unvernetzten Standardmaterial AO einen geringeren Zugverformungsrest, geringere Reißdehnung sowie einen erhöh- ten E-Modul. Der Trend und damit der Vernetzungsgrad war am stärksten ausgeprägt für das Material E 2.5 (Tabelle 4).The mechanical properties of the four TPU samples were analyzed. All crosslinker-containing TPU samples had a lower tensile set, lower elongation at break and an increased tensile strength compared to the uncrosslinked standard material AO. th modulus of elasticity. The trend and thus the degree of crosslinking was most pronounced for the material E 2.5 (Table 4).
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Tabelle 4Table 4
Die verschiedenen TPU-Proben wurden mittels TMA (Thermo-Mechanische Analyse: Messbedingungen: Heizrate 20 K/min; Probengeometrie: Dicke ca. 2 mm, Durchmesser 8 mm; Auflast: 0,5 N mit 6 mm Quarzblättchen) auf Kurzzeitwärmebeständigkeit geprüft. Für das Material E2.5 wurde die höchste Erweichungstemperatur gefunden, die im Vergleich zum Standardmaterial AO um mehr als 25 % verbessert war (Tabelle 5).The various TPU samples were tested for short-term heat resistance by TMA (Thermo-Mechanical Analysis: Measurement Conditions: heating rate 20 K / min, sample geometry: thickness about 2 mm, diameter 8 mm, load: 0.5 N with 6 mm quartz flakes). For the material E2.5, the highest softening temperature was found, which was improved by more than 25% compared to the standard material AO (Table 5).
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Tabelle 5 Table 5

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Polyisocyanatgemischen, enthaltend mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Polyisocyanatgemisch, einer Mischung a) aus ai) Diphenylmethandiisocyanat und aii) Triphenylendimethylentriisocyanat, wobei die1. A process for the preparation of polyisocyanate mixtures containing at least 90 wt .-%, based on the polyisocyanate mixture, of a mixture a) of ai) diphenylmethane diisocyanate and aii) triphenylendimethylene triisocyanate, wherein the
Mischung a) mindestens 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyisocyanat- gemischs, Triphenylendimethylentriisocyanat enthält, umfassend die SchritteMixture a) contains at least 2 wt .-%, based on the weight of the polyisocyanate mixture, Triphenylendimethylentriisocyanat, comprising the steps
A) Umsetzung von Anilin und Formaldehyd zu einem Gemisch aus Diphenyl- methandiamin und seinen höheren Homologen,A) conversion of aniline and formaldehyde to a mixture of diphenylmethanediamine and its higher homologs,
B) Umsetzung des Gemisches aus Schritt A) mit Phosgen und Abtrennung der leicht flüchtigen Verbindungen aus dem Umsetzungsprodukt,B) reaction of the mixture from step A) with phosgene and separation of the volatile compounds from the reaction product,
C) Abtrennung von Diphenylmethandiisocyanat und Triphenylendimethylentrii- socyanat aus dem in Schritt B) anfallenden Produkt.C) separation of diphenylmethane diisocyanate and triphenylendimethylene triisocyanate from the product obtained in step B).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung in Schritt C) mittels Destillation erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the separation in step C) takes place by means of distillation.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung in Schritt C) mittels Destillation unter Verwendung mindestens eines Kurzwegverdampfers erfolgt.3. The method according to claim 1, characterized in that the separation in step C) takes place by means of distillation using at least one short-path evaporator.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Destillat aus Schritt C) mindestens einer weiteren Abtrennung D) von Diphenylmethandiisocyanat unterworfen wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the distillate from step C) is subjected to at least one further separation D) of diphenylmethane diisocyanate.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Abtren- nung D) durch Destillation, Dekantieren, Filtration, Extraktion und/oder Kristallisation erfolgt.5. The method according to claim 1, characterized in that the further separation D) by distillation, decantation, filtration, extraction and / or crystallization takes place.
6. Polyisocyanatgemisch, enthaltend mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Polyisocyanatgemisch, einer Mischung a) aus ai) Diphenylmethandiisocyanat und aii) Triphenylendimethylentriisocyanat, wobei die Mischung mindestens 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyisocyanatgemischs, Triphenylendimethylentrii- socyanat aii) enthält, das herstellbar ist durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.6. Polyisocyanate mixture containing at least 90 wt .-%, based on the polyisocyanate mixture, of a mixture of ai) diphenylmethane diisocyanate and aii) Triphenylendimethylentriisocyanat, wherein the mixture at least 2 wt .-%, based on the weight of the polyisocyanate mixture, Triphenylendimethylentrii- socyanat aii) which can be produced by a method according to one of claims 1 to 5.
7. Polyisocyanatgemisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es 97 bis <100 Gew.-%, bezogen auf das Polyisocyanatgemisch, Triphenylendimethy- lentriisocyanat aii) enthält. 7. polyisocyanate mixture according to claim 6, characterized in that it contains 97 to <100 wt .-%, based on the polyisocyanate mixture, triphenylendimethyl lentriisocyanat aii).
8. Polyisocyanatgemisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es weniger als 10 Gew.-%, bezogen auf das Polyisocyanatgemisch, Homologe des Diphenylmethandiisocyanats mit mindestens 4 aromatischen Kernen, Umset- zungsprodukte von Isocyanaten untereinander und/oder aus der Herstellung des8. polyisocyanate mixture according to claim 6, characterized in that it is less than 10 wt .-%, based on the polyisocyanate mixture, homologues of diphenylmethane diisocyanate with at least 4 aromatic nuclei, reaction products of isocyanates with one another and / or from the production of
PMDI stammende Nebenverbindungen aiii) enthält.PMDI-derived secondary compounds aiii) contains.
9. Polyisocyanatgemisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es 20 bis 98 Gew.-% ai), 2 bis 80 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii) enthält.9. polyisocyanate mixture according to claim 6, characterized in that it contains 20 to 98 wt .-% ai), 2 to 80 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii).
10. Polyisocyanatgemisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es 55 bis 98 Gew.-% ai), 2 bis 35 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii) enthält.10. polyisocyanate mixture according to claim 6, characterized in that it contains 55 to 98 wt .-% ai), 2 to 35 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii).
1 1. Polyisocyanatgemisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es 35 bis 65 Gew.-% ai), 35 bis 65 Gew.-% aii) und 0 bis kleiner 10 Gew.-% aiii) enthält.1 1. polyisocyanate mixture according to claim 6, characterized in that it contains 35 to 65 wt .-% ai), 35 to 65 wt .-% aii) and 0 to less than 10 wt .-% aiii).
12. Verwendung von Polyisocyanatgemischen nach Anspruch 6 zur Unterdrückung der Kristallisation.12. Use of polyisocyanate mixtures according to claim 6 for the suppression of crystallization.
13. Verwendung von Polyisocyanatgemischen nach Anspruch 6 zur Unterdrückung der Kristallisation von Diphenylmethandiisocyanat bei Raumtemperatur.13. Use of polyisocyanate mixtures according to claim 6 for suppressing the crystallization of diphenylmethane diisocyanate at room temperature.
14. Verwendung von Polyisocyanatgemischen nach Anspruch 6 zur Herstellung von Polyurethanen.14. Use of polyisocyanate mixtures according to claim 6 for the preparation of polyurethanes.
15. Verwendung von Polyisocyanatgemischen nach Anspruch 6 als Vernetzer bei der Herstellung von Polyurethanen.15. Use of polyisocyanate mixtures according to claim 6 as crosslinkers in the preparation of polyurethanes.
16. Verwendung von Polyisocyanatgemischen nach Anspruch 6 als Vernetzer bei der Herstellung von thermoplastischen Polyurethanen.16. Use of polyisocyanate mixtures according to claim 6 as a crosslinker in the preparation of thermoplastic polyurethanes.
17. Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Polyurethanen durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocya- natgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, dadurch gekennzeichnet, dass das Po- lyisocyanat 0,001 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyurethans,17. A process for the preparation of thermoplastic polyurethanes by reacting polyisocyanates with compounds having at least two isocyanate-reactive hydrogen atoms, characterized in that the polyisocyanate 0.001 to 10 wt .-%, based on the weight of the polyurethane,
Triphenylendimethylentriisocyanat aii) enthält. Triphenylendimethylentriisocyanat aii).
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