WO2011036018A1 - Monomerarme polyurethanschäume - Google Patents

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WO2011036018A1
WO2011036018A1 PCT/EP2010/062435 EP2010062435W WO2011036018A1 WO 2011036018 A1 WO2011036018 A1 WO 2011036018A1 EP 2010062435 W EP2010062435 W EP 2010062435W WO 2011036018 A1 WO2011036018 A1 WO 2011036018A1
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nco
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Uwe Franken
Michael Krebs
Milan Sebestian
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Henkel Ag & Co. Kgaa
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Definitions

  • the invention relates to low-monomer one-component polyurethane foams.
  • storage-stable crosslinkable foam precursors are described which have a high reactivity and, when used, give a good formation of the foam material.
  • One-component PUR foams are mainly used for sealing and insulating joints in the construction and DIY sector.
  • the foam product is applied from an aerosol can and used, for example, for the installation of door and window frames in buildings.
  • the one-component PUR foam is solidified by the crosslinking reactions with moisture.
  • Modern PU foam compositions normally comprise a prepolymer formed from an isocyanate and a polyol component.
  • a high content of monomeric diisocyanates has been necessary to produce a polyurethane foam with sufficient strength and low viscosity. The lower viscosity allows good foamability and fillability of the joint, as well as a satisfactory dosing out of the can at normal temperature.
  • the monomeric diisocyanate in conventional foams also contributes significantly to the reactivity of the foam. Therefore, one-component foams have until today a significant content of monomeric diisocyanates.
  • WO 02/079292 adhesive polymers which are a prepolymer of an isocyanate component, a polyol and a low viscosity not with isocyanates and OH groups contain reactive component.
  • the monomeric diisocyanates in the composition should be less than 2%.
  • phosphate esters, adipic esters or phthalic esters are described.
  • WO 02/090410 is known. This describes a prepolymer which can be obtained by reacting a polyol having a functionality of ⁇ 3, an isocyanate component having a functionality of 2 to 2.7, and a low molecular weight monohydric alcohol. From this prepolymer PU foams are to be produced.
  • the polyol component a list of polyether polyols, polyester polyols, polycaprolactone polyols are enumerated. However, only polyether polyols and low molecular weight ethylene glycols are described in practice.
  • WO 2005/054324 is known. This describes prepolymer compositions for the production of PU foams, it being possible for polyisocyanates and polyols to be present.
  • the prepolymer is obtained by reaction of asymmetric polyisocyanates with sterically hindered polyols having at least two OH functions.
  • a more detailed description of the polyols states that in particular sterically hindered polyethylene glycols with propylene oxide end groups or polypropylene glycols can be used.
  • foams can be produced from PU prepolymers based on polyether polyols. These have good properties. However, when these monomers are low in monomer content, the viscosity is so high that these products can often only be used with other diluting substances, such as plasticizers or solvents. Plasticizers or solvents are detrimental to health during processing. Furthermore, they can diffuse out of the crosslinked foam, so that the adhesion to the substrates is adversely affected.
  • Polyesterpolyolprepolymere can be used in foam materials. It also shows that in these cases, the materials have a high viscosity. This effect is enhanced even with low-monomer prepolymers. These are therefore not to be used as low-monomer component in foams. In addition, it has been shown that PU foams with only small amounts of isocyanate groups or monomeric Isocyanates do not have sufficient mechanical strength as crosslinked foam.
  • a crosslinkable foamable composition with a low content of monomeric isocyanates comprising a) 10 to 90% by weight of a prepolymer of polyester diols reacted with an excess of diisocyanates and subsequent removal of the excess monomeric diisocyanate, b) 90 to 10% by weight a component based on polyethers which has either at least one Si (OR) 3 group or at least two NCO groups, c) 0.1 to 30% by weight of additives, and d) at least one blowing agent, the polyester prepolymers and the Polyether prepolymers have a molecular weight (M N ) below 5000 g / mol and the mixture of a and b contains a content of monomeric diisocyanates below 2 wt .-%.
  • M N molecular weight
  • a necessary constituent of the composition according to the invention are prepolymers based on polyesters (a). These can be prepared by reaction of polyester polyols with diisocyanates. Suitable polyester polyols are reaction products of polyfunctional, preferably difunctional alcohols, optionally together with small amounts of trifunctional alcohols, and polyfunctional, preferably difunctional and / or trifunctional carboxylic acids. Instead of free polycarboxylic acids, it is also possible to use the corresponding polycarboxylic anhydrides or corresponding polycarboxylic acid esters with alcohols having preferably 1 to 3 C atoms.
  • polyester polyols examples include ethylene glycol, 1,2 or 1,3 propanediol, 1,2- or 1,4-butanediol, pentanediol, the isomeric hexanediols, octanediol, 1,4-hydroxymethylcyclohexane, 2 -Methyl-1,3-propanediol, butanetriol-1, 2,4, Triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, dibutylene glycol or polybutylene glycol. It is also possible to use aromatic diols.
  • the polycarboxylic acids used may be aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic or both. They may optionally be substituted, for example by alkyl groups, alkenyl groups, ether groups or halogens.
  • suitable polycarboxylic acids are succinic acid, adipic acid, suberic acid, sebacic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, glutaric anhydride, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, dimer fatty acid or mixtures of two or more thereof.
  • citric acid or trimellitic acid are suitable as tricarboxylic acids which may optionally be present proportionally. All of the acids mentioned can be used individually or as mixtures of two or more thereof.
  • polyester polyols of oleochemical origin can be prepared, for example, by complete ring opening of epoxidized triglycerides of an at least partially olefinically unsaturated fatty acid-containing fatty mixture with one or more alcohols having 1 to 12 carbon atoms and subsequent partial transesterification of the triglyceride derivatives to alkyl ester polyols having 1 to 12 C atoms in the alkyl radical getting produced.
  • Polyester polyols preferably have a molecular weight of about 200 to 5,000 g / mol, in particular less than 2000 g / mol (average molecular weight, M N , measured by GPC).
  • polyester polyols which contain aromatic structures are also suitable.
  • Suitable isocyanates for the preparation of the NCO-containing prepolymers are the known aliphatic or aromatic diisocyanates. These have a molecular weight below 500g / mol.
  • suitable diisocyanates are ethylene diisocyanate, 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,4-tetramethoxybutane diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), cyclobutane-1,3-diisocyanate, cyclohexane-1, 3- and -1,4 diisocyanate, bis (2) isocyanatoethyl) fumarate, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI), 2,4- and 2,6-hexahydrotoluylene diisocyanate, hexahydro-1, 3- or -1, 4- phenylene diis
  • cycloalkyl derivatives of MDI for example fully hydrogenated MDI (H12-MDI), alkyl-substituted diphenylmethane diisocyanates, for example mono-, di-, tri- or tetraalkyldiphenylmethane diisocyanate and their partially or fully hydrogenated cycloalkyl derivatives.
  • aromatic diisocyanates are to be used, most preferably MDI.
  • Another embodiment employs asymmetric isocyanates having NCO groups with a different reactivity towards diols.
  • suitable cycloaliphatic asymmetric diisocyanates are, for example, 1-isocyanato-methyl-3-isocyanato-1,5,5-trimethylcyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI), 1-methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexane, 1, 4-diisocyanato-2,2,6-trimethylcyclohexane (TMCDI), or hydrogenation products of the aforementioned aromatic diisocyanates, for example hydrogenated MDI in isomerically pure form, preferably hydrogenated 2,4 ' -MDI.
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • TCDI 4-diisocyanato-2,2,6-trimethylcyclohexane
  • hydrogenation products of the aforementioned aromatic diisocyanates for example hydrogenated MDI in isomerically pure form,
  • preferably suitable aromatic asymmetric diisocyanates are 2,4- or 2,6-tolylene diisocyanate (TDI), either in isomerically pure form or as a mixture of several isomers, naphthalene-1, 5-diisocyanate (NDI), diphenylmethane-2,4 'Diisocyanate (MDI) and mixtures of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate with the 2,4'-MDI isomers.
  • TDI 2,4- or 2,6-tolylene diisocyanate
  • NDI 5-diisocyanate
  • MDI diphenylmethane-2,4 'Diisocyanate
  • MDI 4,4'-diphenylmethane diisocyanate
  • One embodiment converts the polyols with an excess of a diisocyanate. Non-reacting portions of the isocyanate are then distilled off again in vacuo as a monomer.
  • Another embodiment uses an asymmetric isocyanate, while it can be dispensed with a suitable reaction to a distillation.
  • the reaction of the monomeric diisocyanates with the polyols is carried out at a temperature between 20 ° C to 100 ° C, preferably between 25 to 80 ° C and particularly preferably between 40 to 75 ° C.
  • the quantities are chosen such that an NCO-terminated precursor polymer is obtained.
  • the reaction procedure must ensure that monomer-poor products are obtained.
  • the reaction of the polyester polyols can be carried out by the known methods. Low contents of monomeric isocyanates should be obtained, for example below 2% by weight, in particular below 1% by weight. By the chosen ratio of diol and diisocyanate can be achieved that no significant molecular weight structure of the prepolymers is obtained.
  • Suitable polyether polyols are, for example, reaction products of low molecular weight polyfunctional alcohols with alkylene oxides.
  • the alkylene oxides preferably have 2 to 4 carbon atoms.
  • Suitable examples are the reaction products of ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or mixtures thereof with aliphatic diols, such as ethylene glycol, 1, 2-propanediol, 1, 3-propanediol, the isomeric butanediols, hexanediols, 2,2-dimethyl-1,3 propanediol, 2-methylpropanediol, 1,6-hexanediol, 2,4,4-trimethylhexanediol-1,6,6,2,4,4-trimethylhexanediol-1,6,10,1-cyclohexanedimethanol, or aromatic diols such as 4, 4'-dihydroxydiphenylpropane bisphenol A, bisphenol F,
  • polyfunctional alcohols such as glycerol, trimethylolethane or trimethylolpropane, pentaerythritol or sugar alcohols with the alkylene oxides.
  • polyfunctional alcohols such as glycerol, trimethylolethane or trimethylolpropane, pentaerythritol or sugar alcohols with the alkylene oxides.
  • polyols which are suitable for the purposes of the invention are formed by polymerization of tetrahydrofuran (polyTHF).
  • polyether polyols are prepared in a manner known to those skilled in the art and are commercially available. It should be selected according to the invention low molecular weight polyethers.
  • polyether polyols having a molecular weight of from 200 to 5,000 g / mol, in particular up to 3,000, preferably from 300 to 1,500 g / mol are particularly suitable.
  • diols are suitable, such as homopolymers of polyethylene glycol, propylene glycol, block or random copolymers of ethylene glycol and propylene glycol, especially those containing secondary hydroxyl groups.
  • these polyether polyols can be reacted with known isocyanates to give NCO-containing prepolymers.
  • the polyether prepolymers should be low in monomer. This can be achieved by the synthesis guide, another procedure separates free monomeric isocyanates by distillation.
  • the polyether prepolymers should contain at least one NCO group in the chains, preferably two or three NCO groups. In the case of mixtures of prepolymers, average functionalities of, for example, 1.8 to 3.3 are also possible.
  • the polyether prepolymers have a low monomer content viscosity of 3000 to 50,000 mPas at 50 ° C (measured Brookfield, EN ISO 2555).
  • the monomer content should be less than 2% by weight, preferably less than 1%, in particular less than 0.2%. Very particular preference is given to using prepolymers which have only given a slight increase in molecular weight during the preparation.
  • the polydispersity D (measured as M w / M N ) should be less than 3.0, in particular less than 2.5, preferably less than 2.0.
  • a different embodiment of the invention uses polyether prepolymers (b) which have at least one alkoxysilane group, preferably two or three alkoxy groups, which are in particular terminal on the polymer chain.
  • the polymer backbone may consist of the abovementioned polyether units which have reacted on the chain with alkoxysilane groups.
  • silane-terminated polyethers can be prepared, for example, by reacting NCO-terminated polyethers with such alkoxysilanes which additionally have an NCO-reactive group, for example secondary aminosilanes or hydroxysilanes. Another method of preparation produces such polymers by reacting double bond-terminated polyethers, which are then subjected to hydrosilylation.
  • Such silane-terminated polyethers having a molecular weight below 10000 g / mol are known to the person skilled in the art and are commercially available. These polyether polymers should not have any free OH groups which can react with the NCO groups of the other prepolymers. In particular, such prepolymers are suitable with a molecular weight below 5,000 g / mol, preferably from 500 to 3000 g / mol.
  • the polydispersity should be low, for example less than 2.0, in particular less than 1.7.
  • the composition according to the invention as foam precursor must contain at least one prepolymer based on polyesters.
  • the amount should contain between 10 and 90% by weight, based on the total nonvolatiles, without blowing agents, in particular in particular between 20 to 60 wt .-% polyester prepolymer.
  • the composition of the invention must contain a polyether prepolymer in the amount of 90 to 10 wt .-%, in particular between 40 to 80 wt .-%. It is possible to prepare the prepolymers individually and to mix or to synthesize in the case of NCO-crosslinking prepolymers as a mixture. In this case, polyether polyols or polyester polyols of different molecular weights can be used.
  • the viscosity of the mixture of components a and b should be between 2,000 and 150,000 mPas measured at 50 ° C., in particular 10,000 to 100,000.
  • One embodiment may comprise polyester prepolymers together with NCO polyether prepolymers, another embodiment sets at least as polyether prepolymer a silane-functionalized polyether.
  • the mixture of the prepolymers a and b should have a content of monomeric diisocyanates of less than 2%, preferably less than 1%, in particular less than 0.2%.
  • composition according to the invention may also contain additives known as foaming precursors for foam production.
  • additives known as foaming precursors for foam production.
  • foaming precursors for foam production.
  • These may be, for example, plasticizers, stabilizers, adhesion promoters, catalysts, flame retardants, biocides, cell openers and similar additives. It is expedient to keep the proportion of not reacted in the polymer components such as plasticizers or solvents as low as possible.
  • Plasticizers may be present in the foam precursor up to 40% by weight, in particular also no plasticizers or between 0.5 and 20% by weight, based on the total composition. Plasticizers having polar groups are preferred. Suitable plasticizers are known to the person skilled in the art and are commercially available.
  • Stabilizers for the purposes of this invention are to be understood as meaning antioxidants, UV stabilizers, hydrolysis stabilizers or foam stabilizers. Examples of these are the commercially available sterically hindered phenols and / or thioethers and / or substituted benzotriazoles and / or amines of the "HALS" type (Hindered Amine Light Stabilizer). It is preferred in the context of the present invention to use a UV stabilizer which carries a silyl group and to crosslink or harden into the final product is installed. It is also possible to add benzotriazoles, benzophenones, benzoates, cyanoacrylates, acrylates or sterically hindered phenols. examples for
  • Foam stabilizers are polyether siloxanes, such as copolymers of ethylene oxide and propylene oxide connected to a Polydimethylsiloxanrest, allophanate branched polysiloxane-polyoxyalkylene copolymers, other Organospolysiloxane, such as dimethylpolysiloxanes; oxyethylated alkylphenols, oxyethylated fatty alcohols, and / or paraffin oils.
  • oligomeric polyacrylates having polyoxyalkylene and fluoroalkane radicals are also suitable as side groups.
  • the foamable mixtures according to the invention may comprise foam stabilizers, e.g. in amounts ranges between 0.1 and 5 wt.%, Based on the mixture, the non-volatile components.
  • organofunctional silanes such as hydroxy-functional, (meth) acryloxy-functional, mercapto-functional, amino-functional or epoxy-functional silanes may be used as adhesion promoters.
  • the amounts may be from 0 to 20% by weight, preferably between 0 and 5% by weight, based on the mixture.
  • catalysts it is possible to use all known compounds which can catalyze isocyanate reactions. Examples include titanates such as tetrabutyl titanate and tetrapropyl titanate, tin carboxylates such as dibutyltin dilaurate (DBTL), dibutyltin diacetate, tin octoate; Tin oxides such as dibutyltin oxide, and dioctyltin oxide; Organoaluminum compounds such as aluminum trisacetylacetonate, aluminum luminous ethylacetoacetate; Chelate compounds such as titanium tetraacetylacetonate; Amine compounds such as triethylenediamine, guanidine, diphenylguanidine, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol, morpholine, N-methylmorpholine, 2-ethyl-4-methylimidazole, and 1,8-diazabicyclo- (5,4,
  • a foamable mixture according to the invention comprises at least one liquid flame retardant.
  • the flame retardant can be selected from the group of halogenated (in particular brominated) ethers of the "Ixol" type from Solvay, 3,4,5,6-tetrabromo, 2- (2-hydroxyethoxy) ethyl 2-hydroxypropyl ester), organized Phosphates, in particular diethyl ethane phosphonate, triethyl phosphate, dimethyl propyl phosphonate, diphenyl cresyl phosphate, and also chlorinated phosphates, in particular tris (2-chloroethyl) phosphate, tris (2-chloroisopropyl) phosphate, tris (1,3-dichloroisopropyl) phosphate, Tris (2,3-dibromopropyl) phosphate and tetrakis (2-chloroethyl) ethylenediphosphate or mixtures
  • the mixture contains the flame retardant in an amount of 1 to 50 wt .-%, particularly preferably from 5 to 20 wt .-%, based on the total weight of the mixture. It is expedient to select from the abovementioned flame retardants those which have no hydroxyl groups, since these reduce the content of reactive NCO groups.
  • a foamable composition according to the invention contains, in addition to the mixture of the prepolymer, at least one blowing agent.
  • a variety of volatile hydrocarbons can be used.
  • Particularly preferred blowing agents are selected from hydrocarbons and / or fluorohydrocarbons each having 1-5 carbon atoms and / or dimethyl ether (DME) and mixtures thereof, for example DME / propane / isobutane / n-butane.
  • the blowing agents are used in amounts of from 5 to 40% by weight, preferably from 10 to 30% by weight, based on the total foamable mixture.
  • a preferred embodiment of the foam precursor according to the invention may contain 10 to 90% by weight, preferably 30 to 60% by weight of a polyester prepolymer (a), 90 to 10% by weight, in particular 70 to 40% by weight, of polyoxyalkylene prepolymers having at least one isocyanate group ( b1) or with at least one silane group (b2), 0.5 to 30% by weight of auxiliaries and additives, in particular catalysts, flame retardants and / or stabilizers.
  • the totality of these components should be 100% by weight.
  • the mixture according to the invention still contains inert blowing agents.
  • One embodiment uses polymers containing di- or trialkoxysilyl groups, which allow for curing and good final strengths. Another advantage of such alkoxy-containing polymers is the fact that they reduce the viscosity and form a network, so that later no migration of unreacted polymers is observed. Since the crosslinking is slower than the crosslinking of the NCO groups, the structure of the network is not disturbed.
  • the other embodiment uses mixtures of NCO-crosslinking polyether and polyester prepolymers. These mixtures react evenly. It has been found that the mixtures of such prepolymers also have a low viscosity. At the same time a high reactivity is given, wherein the content of monomeric isocyanates is kept low.
  • Another object of the present invention is a disposable pressure vessel containing a foamable mixture according to the invention or a foamable mixture prepared by a process according to the invention.
  • the disposable pressure container (aerosol can) thus contains at least one polyester prepolymer and a polyether prepolymer, and at least one propellant.
  • the viscosity of the mixture of the non-volatile constituents according to the invention is from 2,000 to 150,000 mPas, preferably from 5,000 to 80,000 mPas (measured at 50 ° C.).
  • the foamable mixtures according to the invention cure after application from the aerosol can by reaction with the ambient air humidity to fine-celled foams, so that the foamable mixtures for sealing, damding and / or mounting, e.g. joints, roofs, windows and doors or to fill cavities.
  • Another object of the present invention is therefore also the use of a foamable mixture according to the invention or a mixture prepared by a process according to the invention for sealing, insulating and / or mounting joints, roofs, windows and doors or for filling cavities.
  • Another object of the invention is a process for preparing foamable, crosslinkable compositions.
  • a prepolymer is prepared from at least one polyester diol with a molar excess of an aromatic diisocyanate. This excess may include a ratio of 1: 2 to 1:10.
  • the unreacted monomeric diisocyanate is distilled off to a content of less than 2% by weight, based on the prepolymer, of preferably less than 1%, in particular less than 0.2%. It is possible to use the distilled diisocyanate again in the synthesis of the prepolymers.
  • the particularly suitable isocyanates for the process are aromatic isocyanates, such as Diphenylmethane diisocyanate or mixtures of the MDI isomers, another embodiment employs aromatic asymmetric isocyanates such as TDI, 2,4 MDI.
  • aromatic isocyanates such as Diphenylmethane diisocyanate or mixtures of the MDI isomers
  • another embodiment employs aromatic asymmetric isocyanates such as TDI, 2,4 MDI.
  • the excess of diisocyanate can be chosen to be lower, for example about 1: 2.
  • Another water-crosslinkable prepolymer may be added.
  • These may be NCO-terminated prepolymers based on polyethers. These can, as stated above, be prepared with an excess of monomeric, preferably aromatic, diisocyanates, after which reaction the residual monomeric diisocyanates are distilled off by distillation to a content of less than 2%, in particular less than 0.2%. This can be done in a separate synthesis reaction, but it is also possible that this PU prepolymer is prepared together with the above-mentioned polyester prepolymer.
  • Another embodiment of the process employs polyether polymers containing at least one silane group having hydrolyzable groups.
  • Suitable hydrolyzable radicals are those of the Si (OR) 3 type with -OR selected from methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy.
  • such prepolymers may also contain two silane groups. These are prepared separately from the NCO prepolymers.
  • a mixture is prepared under anhydrous conditions from the polyester prepolymer and the polyether polymer.
  • the additives can be entered, which may be contained in a composition according to the invention.
  • at least one propellant gas is added to this mixture. This can be done by mixing the prepolymer / additive mixture with propellant gas, which mixture is then filled into the corresponding disposable pressure containers. It is also possible to add the various prepolymers and additives one by one to the appropriate container and to add the propellant gases thereafter.
  • the components are mixed together. The mixing of the components can also be assisted by heating, so that the processing processes run faster. Mixtures filled in disposable pressure containers are obtained. These are stable for a period of at least 6 months, as far as working under anhydrous conditions.
  • Particularly suitable for use in a method according to the invention are compositions which correspond to the abovementioned crosslinkable foamable compositions according to the invention.
  • the foamable compositions according to the invention are to be used in particular for use as 1 K can foam. These are commonly referred to as topical foam, i. they are filled into aerosol cans for production and storage and transport and discharged and foamed directly during use.
  • the composition according to the invention makes it possible to prepare isocyanate-reactive polyurethane foams which have a low monomer content. These have a composition which exhibits sufficient viscosity to be foamable with the known blowing agents.
  • the foam precursors according to the invention cure with the existing atmospheric moisture and give small-celled, mechanically stable foams. By special design of the composition, it is possible to design these foams fire retardant.
  • the low content of free isocyanates meets the requirements for occupational safety and health protection.
  • the technical application properties of the foamed materials are comparably good in comparison to known prior art.
  • the foamable mixtures according to the invention harden after application from the aerosol can with the surrounding air humidity to fine-celled foams, so that from the foamable mixtures for sealing, dams and mounting, eg of joints, roofs, windows and doors or to fill cavities are suitable.
  • Another advantage of the composition according to the invention is the improved fire behavior of the cured foams. Examples: (quantity in parts)
  • Viscosity [in mPas] 30 ° C 50 ° C 80 ° C
  • Polyester A consisting of adipic acid / isophthalic acid / propylene glycol /
  • Polyester B consisting of adipic acid / phthalic acid / 1, 2-propanediol /
  • PPG 750 mixture of polypropylene glycol 400 and 1000 (Voranol 1010 L / Dow)
  • a prepolymer is prepared with an excess of diisocyanate (molar ratio 6: 1). This is freed after the reaction by means of a thin-film evaporator in vacuo of unreacted monomeric isocyanate. The residual monomer content of each sample is less than 1% by weight of monomeric MDI.
  • Prepo 1 Polyester A + 4,4-MDI
  • Prepo 5 Silyl terminated polyether (Polypropylene glycol bis [3- (dimethoxymethylsilyl) propyl] ether
  • foamable mixtures are prepared by adding a mixture of propane / dimethyl ether (1: 1) by weight 30% to the total mixture. These mixtures are filled in a disposable pressure cell. The mixtures are homogenized by shaking and stored for one day. It turns out that the mixtures are easy to apply as a foam. They network quickly.
  • Analogous mixtures with 30% of the blowing agent mixture are prepared by Experiments 1, 6, 11, 16.
  • the filling in the pressure cans must be done at elevated temperature. After cooling and storage for 24 hours, only a poor leakage of foam from the pressure cell is observed. The amount is small. Foaming does not succeed in producing a homogeneous foam. There is no uniform foam out of the can, obviously there is no homogeneous mixture in the can. These mixtures are not to be used as a foamable composition.

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Abstract

Eine vernetzbare schäumbare Zusammensetzung mit niedrigem Gehalt an monomeren Isocyanaten enthaltend a) 10 bis 90 Gew-% eines Prepolymeren aus Polyesterdiolen umgesetzt mit einem Überschuss an Diisocyanaten und nachfolgender Entfernung des überschüssigen monomeren Diisocyanats, b) 90 bis 10 Gew-% einer Komponente auf Basis von Polyetherpolyolen, die entweder mindestens eine Si(OR)3-Gruppe oder mindestens eine NCO-Gruppen aufweist, C) 0,1 bis 30 Gew-% Additive, d) und mindestens ein Treibmittel, wobei die Polyesterdiole und die Polyetherdiole eine Molmasse (MN) unter 5000 g/mol aufweisen und die Mischung aus a und b einen Gehalt an monomeren Diisocyanaten unter 1 Gew-% enthält.

Description

„Monomerarme Polyurethanschäume"
Die Erfindung betrifft monomerarme Ein-Komponenten-Polyurethanschäume. Dabei werden lagerstabile vernetzbare Schaumvorläufer beschrieben, die eine hohe Reaktivität aufweisen und bei der Anwendung eine gute Ausbildung des Schaummaterials ergeben.
Einkomponenten PUR Schäume werden hauptsächlich für das Dichten und Dämmen von Fugen im Bau- und Heimwerkerbereich eingesetzt. Bei solchen Anwendungen wird das Schaum-Produkt aus einer Aerosoldose appliziert und zum Beispiel zum Einbau von Tür- und Fensterrahmen in Gebäuden verwendet. Um die Fugen zwischen Rahmen und Wand auszuschäumen, ist es notwendig, dass die anfängliche Viskosität des Schaums niedrig genug ist, um eine ausreichend Expansion des Schaums in der Fuge sicherzustellen. Der Einkomponenten- PUR Schaum wird durch die Vernetzungsreaktionen mit Feuchtigkeit fest.
Moderne PUR Schaumzusammensetzungen umfassen normalerweise ein Prepolymer, welches aus einer Isocyanat- und einer Polyolkomponente gebildet wird. Ein hoher Gehalt an monomeren Diisocyanaten ist notwendig gewesen, um einen Polyurethanschaum mit ausreichender Festigkeit und niedriger Viskosität zu erzeugen. Die niedrigere Viskosität ermöglicht eine gute Schäumbarkeit und Füllbarkeit der Fuge, sowie ein zufriedenstellendes Dosieren aus der Dose bei Normaltemperatur. Außerdem trägt das monomere Diiso- cyanat bei herkömmlichen Schäumen auch bedeutend zur Reaktionsfähigkeit des Schaums bei. Deshalb haben Einkomponentenschäume bis heute einen bedeutenden Gehalt an monomeren Diisocyanaten.
Das verursacht Probleme bei der Verarbeitung in der Weise, dass während des Ausbringens (Ausschäumens) des Inhaltes aus der Aerosoldose flüchtige monomere Diisocyana- te in die Arbeitsatmosphäre abgegeben werden. Das ist im Hinblick auf die gesundheitsschädliche Wirkung der monomeren Isocyanate zu vermeiden. Dadurch ergeben sich Einschränkungen in der Anwendung nicht monomerarmer PU-Schäume.
In der WO 02/079292 werden Klebstoffpolymere beschrieben, die ein Prepolymer aus einer Isocyanatkomponente, einem Polyol und einer niedrigviskosen nicht mit Isocyanaten und OH-Gruppen reaktiven Komponente enthalten. Dabei sollen die monomeren Diisocy- anate in der Zusammensetzung weniger als 2 % betragen. Als nicht-reaktive niedrigviskose Komponente werden Phosphatsäureester, Adipinsäureester oder Phthalsäureester beschrieben.
Weiterhin ist die WO 02/090410 bekannt. Diese beschreibt ein Prepolymer, das erhalten werden kann durch Umsetzung eines Polyols mit einer Funktionalität von < 3, einer Isocy- anatkomponente mit einer Funktionalität von 2 bis 2,7, sowie einem niedrigmolekularen einwertigen Alkohol. Aus diesem Prepolymer sollen PU-Schäume hergestellt werden. Als Polyolkomponente werden eine Liste von Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Poly- caprolactonpolyolen aufgezählt. Es werden in der praktischen Umsetzung jedoch nur Polyetherpolyole und niedrigmolekulare Ethylenglykole beschrieben.
Weiterhin ist die WO 2005/054324 bekannt. Diese beschreibt Prepolymerzusammenset- zungen zur Erzeugung von PU-Schäumen, wobei Polyisocyanate und Polyole enthalten sein können. Das Prepolymer wird durch Reaktion von asymmetrischen Polyisocyanaten mit sterisch gehinderten Polyolen mit wenigstens zwei OH-Funktionen erhalten. Eine nähere Beschreibung der Polyole führt aus, dass insbesondere sterisch gehinderte Poly- ethylenglykole mit Propylenoxidendgruppen oder Polypropylenglykole eingesetzt werden können.
Es ist bekannt, dass aus PU-Prepolymeren basierend auf Polyetherpolyolen Schäume hergestellt werden können. Diese weisen gute Eigenschaften auf. Werden diese mono- merarm eingestellt, ist die Viskosität jedoch so hoch, dass diese Produkte häufig nur mit weiteren verdünnenden Substanzen, wie Weichmachern oder Lösemitteln eingesetzt werden können. Weichmacher oder Lösemittel sind nachteilig für die Gesundheit bei der Verarbeitung. Weiterhin können sie aus dem vernetzten Schaum diffundieren, so dass die Haftung zu den Substraten negativ beeinflusst wird.
Auch Polyesterpolyolprepolymere können in Schaummaterialien eingesetzt werden. Dabei zeigt sich ebenso, dass in diesen Fällen die Vormaterialien eine hohe Viskosität haben. Dieser Effekt wird auch bei monomerarmen Prepolymeren verstärkt. Diese sind deshalb nicht als monomerarme Komponente in Schäumen einzusetzen. Außerdem hat sich gezeigt, dass PU-Schäume mit nur geringen Anteilen an Isocyanatgruppen oder monomeren Isocyanaten keine ausreichende mechanische Festigkeit als vernetzter Schaum aufweisen.
Die Nachteile der einzelnen PU-Prepolymere führen zusammen mit der unter Arbeitsschutzbedingungen notwendigen Reduzierung der Isocyanatmonomere zu Prepolymeren, die nicht oder nur zusammen mit weiteren niedermolekularen Lösemitteln verarbeitet werden können. Deswegen ergibt sich die Aufgabe, monomerarme PU-Prepolymere bereitzustellen, die über NCO-Gruppen vernetzen können, die keine Lösemittel oder Weichmacher enthalten, die aber eine ausreichend niedrige Viskosität aufweisen, um als Schaummaterialien in reaktiven Schäumen eingesetzt zu werden. Weiterhin sollen die daraus entstehenden vernetzen Polymerschäume mechanische Eigenschaften aufweisen, die mit den in der Vergangenheit bekannten Schaummaterialien erzielt werden können, die hohe Anteile von monomeren Isocyanaten enthalten.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine vernetzbare schäumbare Zusammensetzung mit niedrigem Gehalt an monomeren Isocyanaten enthaltend a) 10 - 90 Gew-% eines Prepolymeren aus Polyesterdiolen umgesetzt mit einem Überschuss an Diisocyanaten und nachfolgender Entfernung des überschüssigen monomeren Diisocyanats, b) 90 bis 10 Gew-% einer Komponente auf Basis von Polyethern, die entweder mindestens eine Si(OR)3- Gruppe oder mindestens zwei NCO-Gruppen aufweist, c) 0, 1 bis 30 Gew-% Additive, und d) mindestens ein Treibmittel, wobei die Polyesterprepolymere und die Polyetherprepoly- mere eine Molmasse ( MN ) unter 5000 g/mol aufweisen und die Mischung aus a und b einen Gehalt an monomeren Diisocyanaten unter 2 Gew.-% enthält.
Ein notwendiger Bestandteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung sind Prepolyme- re auf Basis von Polyestern (a). Diese sind durch Reaktion von Polyester-polyolen mit Diisocyanaten herstellbar. Geeignete Polyesterpolyole sind Umsetzungsprodukte von polyfunktionellen, vorzugsweise difunktionellen Alkoholen, gegebenenfalls zusammen mit geringen Mengen an trifunktionellen Alkoholen, und polyfunktionellen, vorzugsweise difunktionellen und/oder trifunktionellen Carbonsäuren. Anstatt freier Polycarbonsäuren können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder entsprechende Poly- carbonsäureester mit Alkoholen mit vorzugsweise 1 bis 3 C-Atomen eingesetzt werden. Zur Herstellung derartiger Polyesterpolyole geeignete Diole sind beispielsweise Ethylen- glykol, 1 ,2 oder 1 ,3- Propandiol, 1 ,2-oder 1 ,4-Butandiol, Pentandiol, die isomeren Hexan- diole, Octandiol, 1 ,4-Hydroxymethylcyclohexan, 2-Methyl-1 ,3-propandiol, Butantriol-1 ,2,4, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykol, Dipropylenglykol, Polypropylen- glykol, Dibutylenglykol oder Polybutylenglykol. Es können auch aromatische Diole eingesetzt werden.
Die eingesetzten Polycarbonsauren können aliphatisch, cycloaliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch oder beides sein. Sie können gegebenenfalls substituiert sein, beispielsweise durch Alkylgruppen, Alkenylgruppen, Ethergruppen oder Halogene. Als Polycarbonsauren sind beispielsweise Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Trimellithsäure, Phthalsäu- reanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäu- reanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Dimerfettsäure oder Gemische aus zwei oder mehr davon geeignet. Als Tricarbonsäuren, die gegebenenfalls anteilig enthalten sein können sind beispielsweise Zitronensäure oder Trimellithsäure geeignet. Alle genannten Säuren können einzeln oder als Gemische aus zwei oder mehr davon eingesetzt werden.
Dem Fachmann sind solche OH-funktionelle Polyester bekannt und sie sind kommerziell erhältlich. Insbesondere geeignet sind drei oder insbesondere zwei endständige OH- Gruppen aufweisende Polyesterpolyole.
Es können aber auch Polyesterpolyole oleochemischer Herkunft verwendet werden. Derartige Polyesterpolyole können beispielsweise durch vollständige Ringöffnung von epoxi- dierten Triglyceriden eines wenigstens teilweise olefinisch ungesättigte Fettsäureenthaltenden Fettgemisches mit einem oder mehreren Alkoholen mit 1 bis 12 C-Atomen und anschließender partieller Umesterung der Triglycerid-Derivate zu Alkylesterpolyolen mit 1 bis 12 C-Atomen im Alkylrest hergestellt werden.
Polyesterpolyole weisen bevorzugt ein Molmasse von ca. 200 bis 5 000 g/mol auf, insbesondere unter 2000 g/mol (zahlen mittlere Molmasse, MN, gemessen durch GPC). Insbesondere sind auch Polyesterpolyole geeignet, die aromatische Strukturen enthalten.
Als Isocyanate zur Herstellung der NCO-haltigen Prepolymere sind die bekannten aliphatischen oder aromatischen Diisocyanate geeignet. Diese haben eine Molmasse unter 500g/mol. Als Diisocyanate können beispielsweise eingesetzt werden Ethylendiisocyanat, 1 ,4-Tetramethylendiisocyanat, 1 ,4-Tetramethoxybutandiisocyanat, 1 ,6-Hexamethylendii- socyanat (HDI), Cyclobutan-1 ,3-diisocyanat, Cyclohexan-1 ,3- und -1 ,4-diisocyanat, Bis(2- isocyanato-ethyl)fumarat, 1-lsocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (Isophorondiisocyanat, IPDI), 2,4- und 2,6-Hexahydrotoluylendiisocyanat, Hexahydro-1 ,3- oder -1 ,4-phenylendiisocyanat, Benzidindiisocyanat, Naphthalin-1 ,5-diisocyanat, 1 ,6-Dii- socyanato-2,2,4-trimethylhexan, 1 ,6-Diisocyanato-2,4,4-trimethylhexan, Xylylendi- isocyanat (XDI), Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), 1 ,3- und 1 ,4-Phenylendiisocya- nat, 2,4- oder 2,6-Toluylendiisocyanat (TDI) oder Isomerengemische des TDI, 2,4'-Diphe- nylmethandiisocyanat, 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat oder 4,4'-Diphenylme- thandiisocyanat (MDI) sowie deren Isomerengemische. Weiterhin kommen partiell oder vollständig hydrierte Cycloalkylderivate des MDI, beispielsweise vollständig hydriertes MDI (H12-MDI), alkylsubstituierte Diphenylmethandiisocyanate, beispielsweise Mono-, Di- , Tri- oder Tetraalkyldiphenylmethandiisocyanat sowie deren partiell oder vollständig hydrierte Cycloalkylderivate. Bevorzugt sollen aromatische Diisocyanate eingesetzt werden, ganz besonders bevorzugt MDI.
Eine andere Ausführungsform setzt asymmetrische Isocyanate ein, die NCO-Gruppen mit einer unterschiedlichen Reaktivität gegenüber Diolen besitzen. Beispiele für geeignete cycloaliphatische asymmetrische Diisocyanate sind z.B. 1 -lsocyanato methyl-3-iso- cyanato-1 ,5,5-trimethyl-cyclohexan (Isophorondiisocyanat, IPDI), 1-Methyl-2,4-diiso- cyanato-cyclohexan, 1 ,4-Diisocyanato-2,2,6-trimethylcyclohexan (TMCDI), oder Hydrierungsprodukte der vorgenannten aromatischen Diisocyanate, beispielsweise hydriertes MDI in isomerenreiner Form, bevorzugt hydriertes 2,4'-MDI. Beispiele für bevorzugt geeignete aromatische asymmetrische Diisocyanate sind 2,4- oder 2,6-Toluylendiisocyanats (TDI), entweder in isomerenreiner Form oder als Mischung mehrerer Isomerer, Naphtha- lin-1 ,5-diisocyanat (NDI), Diphenylmethan-2,4'-diisocyanat (MDI) sowie Mischungen des 4,4'-Diphenylmethandi-isocyanats mit dem 2,4'-MDI-lsomeren.
Eine Ausführungsform setzt die Polyole mit einem Überschuss eines Diisocyanats um. Nicht reagierende Anteile des Isocyanates werden anschließend im Vakuum als Monomer wieder abdestilliert. Eine andere Ausführungsform setzt ein asymmetrisches Isocyanat ein, dabei kann bei einer geeigneten Reaktionsführung auf eine Destillation verzichtet werden.
Die Reaktion der monomeren Diisocyanate mit den Polyolen erfolgt bei einer Temperatur zwischen 20°C bis 100°C, bevorzugt zwischen 25 bis 80°C und insbesondere bevorzugt zwischen 40 bis 75°C. Die Mengen werden so gewählt, dass eine NCO-terminiertes Pre- polymer erhalten wird. Durch die Reaktionsführung ist sicherzustellen, dass monomerar- me Produkte erhalten werden. Die Umsetzung der Polyesterpolyole kann nach den bekannten Verfahren erfolgen. Es sollen niedrige Gehalte an monomeren Isocyanaten erhalten werden, beispielsweise unter 2 Gew-%, insbesondere unter 1 Gew.-%. Durch das gewählte Verhältnis von Diol und Diisocyanat kann erreicht werden, dass kein wesentlicher Molekulargewichtsaufbau der Prepolymere erhalten wird.
Ein weiterer Bestandteil für eine erfindungsgemäße Zusammensetzung sind NCO- Gruppen haltige Prepolymere auf Basis von Polyethern (b). Diese werden beispielsweise hergestellt durch Umsetzung von Polyetherpolyolen mit Isocyanaten im stöchiometrischen Überschuss.
Geeignete Polyetherpolyole sind beispielsweise Umsetzungsprodukte niedermolekularer polyfunktioneller Alkohole mit Alkylenoxiden. Die Alkylenoxide weisen vorzugsweise 2 bis 4 C-Atome auf. Geeignet sind beispielsweise die Umsetzungsprodukte von Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder Gemische davon mit aliphatischen Diolen, wie Ethylengly- kol, 1 ,2-Propandiol, 1 ,3-Propandiol, den isomeren Butandiolen, Hexandiolen, 2,2- Dimethyl-1 ,3-propandiol, 2-Methylpropandiol, 1 ,6-Hexandiol, 2,4,4-Trimethylhexandiol-1 ,6, 2,2,4- Trimethylhexandiol-1 ,6, 1 ,4-Cyclohexandimethanol, oder aromatischen Diolen, wie 4,4'-Dihydroxy-diphenylpropan Bisphenols A, Bisphenols F, Brenzkatechins, des Resor- cins, des Hydrochinons oder Gemischen aus zwei oder mehr davon. Ferner sind auch die Umsetzungsprodukte polyfunktioneller Alkohole, wie Glycerin, Trimethylolethan oder Tri- methylolpropan, Pentaerythrit oder Zuckeralkohole mit den Alkylenoxiden geeignet. Weitere, im Rahmen der Erfindung geeignete Polyole, entstehen durch Polymerisation von Tetrahydrofuran (Poly-THF).
Die Polyetherpolyole werden in dem Fachmann bekannter Weise hergestellt und sind kommerziell erhältlich. Es sollen erfindungsgemäß niedermolekulare Polyether ausgesucht werden. Insbesondere geeignet sind beispielsweise Polyetherpolyole mit einer Molmasse von 200 bis 5 000 g/mol, insbesondere bis 3 000 vorzugsweise 300 bis 1500 g/mol. Insbesondere sind Diole geeignet, wie Homopolymere des Polyethylenglykols, Propylenglykols, Block- oder statistische Copolymere aus Ethylenglykol und Propylengly- kol, insbesondere solche, die sekundäre Hydroxylgruppen enthalten. Diese Polyetherpolyole können wie oben bereits für die Prepolymere (a) beschrieben, mit bekannten Isocyanaten zu NCO-haltigen Prepolymeren umgesetzt werden.
Diese Prepolymere sollen monomerarm sein. Das kann durch die Syntheseführung erzielt werden, eine andere Verfahrensweise trennt freie monomere Isocyanate durch Destillation ab. Die Polyetherprepolymeren sollen mindestens eine NCO-Gruppe in den Ketten enthalten, bevorzugt zwei oder drei NCO-Gruppen. Bei Mischungen von Prepolymeren sind auch mittlere Funktionalitäten von beispielsweise 1 ,8 bis 3,3 möglich.
Die Polyetherprepolymere haben im monomerarmen Zustand eine Viskosität von 3000 bis 50000 mPas bei 50°C ( gemessen Brookfield, EN ISO 2555 ). Der Monomergehalt soll unter 2 Gew.-% betragen bevorzugt unter 1 %, insbesondere unter 0,2 %. Ganz besonders bevorzugt werden Prepolymere eingesetzt, die nur einen geringen Molekulargewichtsaufbau bei der Herstellung ergeben haben. So soll die Polydispersität D (gemessen als Mw/ MN) weniger als 3,0, insbesondere unter 2,5, bevorzugt weniger als 2,0 betragen.
Eine unterschiedliche Ausführungsform der Erfindung setzt Polyetherprepolymere (b) ein, die mindestens eine Alkoxysilangruppe aufweisen, vorzugsweise zwei oder drei Alko- xygruppen, die sich insbesondere endständig an der Polymerkette befinden. Das Polymergrundgerüst kann aus den oben angegebenen Polyetherbausteinen bestehen, die an der Kette Alkoxysilangruppen anreagiert aufweisen. Solche Silanterminierten Polyether sind beispielsweise durch Umsetzung von NCO-terminierten Polyethern mit solchen Alko- xysilanen herstellbar, die zusätzlich noch eine mit NCO reaktive Gruppe aufweisen, beispielsweise sekundäre Aminosilane oder Hydroxysilane. Eine andere Herstellungsweise stellt solche Polymere durch Umsetzung von mit Doppelbindungen terminiertem Polyether her, die danach einer Hydrosilylierung unterworfen werden. Solche silanterminierten Polyether mit einer Molmasse unter 10000 g/mol sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich. Diese Polyetherpolymere sollen keine freien OH-Gruppen aufweisen, die mit den NCO-Gruppen der anderen Prepolymere reagieren können. Insbesondere sind solche Prepolymere mit einem Molmasse unter 5 000 g/mol geeignet, bevorzugt von 500 bis 3000 g/mol. Die Polydispersität soll gering sein, beispielsweise kleiner 2,0, insbesondere unter 1 ,7.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung als Schaumvorläufer muss mindestens ein Prepolymer auf Basis von Polyestern enthalten. Die Menge soll zwischen 10 bis 90 Gew.- % bezogen auf die gesamten nicht flüchtigen Anteile enthalten, ohneTreibmittel, insbe- sondere zwischen 20 bis 60 Gew.-% Polyesterprepolymer. Weiterhin muss die erfindungsgemäße Zusammensetzung ein Polyetherprepolymer enthalten in der Menge von 90 bis 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 40 bis 80 Gew.-%. Dabei ist es möglich die Prepolymere einzeln herzustellen und zu mischen oder im Fall von NCO-vernetzenden Prepolymeren als Gemisch zu synthetisieren. Dabei können Polyetherpolyole oder Polyesterpolyole unterschiedlicher Molmassen eingesetzt werden. Wird die Menge der Polyetherprepolymere zu hoch gewählt, ist eine Brandbeständigkeit des fertig geschäumten und vernetzten Produktes schlechter. Wird der Anteil der Polyetherprepolymere zu gering gewählt, ist keine ausreichend niedrige Viskosität des Schaumvorläufers zu erzielen. Die Viskosität der Mischung der Komponenten a und b soll zwischen 2 000 bis 150 000 mPas betragen gemessen bei 50°C, insbesondere 10 000 bis 100 000. Dabei kann eine Ausführungsform Polyesterprepolymere zusammen mit NCO-Polyetherprepolymeren aufweisen, eine andere Ausführungsform setzt als Polyetherprepolymer mindestens einen Silan- funktionalisierten Polyether ein. Die Mischung der Prepolymere a und b soll einen Gehalt an monomeren Diisocyanaten von weniger ab 2 % aufweisen, bevorzugt weniger als 1 %, insbesondere weniger als 0,2 %.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung als Schaumvorläufer auch für die Schaumherstellung bekannte Additive enthalten. Es kann sich dabei beispielsweise um Weichmacher, Stabilisatoren, Haftvermittler, Katalysatoren, Flammschutzmittel, Biozide, Zellöffner und ähnliche Zusatzstoffe handeln. Dabei ist es zweckmäßig den Anteil von nicht im Polymer anreagierten Bestandteilen, wie Weichmacher oder Lösemitteln möglichst gering zu halten.
Weichmacher können in dem Schaumvorläufer bis zu 40 Gew.-% enthalten sein, insbesondere auch keine Weichmacher oder zwischen 0,5 und 20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung. Es werden Weichmacher mit polaren Gruppen bevorzugt. Geeignete Weichmacher sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich.
Stabilisatoren im Sinne dieser Erfindung sind Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Hydrolyse-Stabilisatoren oder Schaumstabilisatoren zu verstehen. Beispiele hierfür sind die handelsüblichen sterisch gehinderten Phenole und/oder Thioether und/oder substituierten Benzotriazole und/oder Amine vom "HALS"-Typ (Hindered Amine Light Stabilizer). Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn ein UV-Stabilisator eingesetzt wird, der eine Silylgruppe trägt und beim Vernetzen bzw. Aushärten in das Endprodukt eingebaut wird. Ferner können auch Benzotriazole, Benzophenone, Benzoate, Cyanacry- late, Acrylate oder sterisch gehinderte Phenole zugegeben werden. Beispiele für
Schaumstabilisatoren sind Polyethersiloxane, wie Copolymerisate aus Ethylenoxid und Propylenoxid verbunden mit einem Polydimethylsiloxanrest, über Allophanatgruppen verzweigte Polysiloxan-Polyoxyalkylen-Copolymere, andere Organospolysiloxane, wie Di- methylpolysiloxane; oxyethylierte Alkylphenole, oxyethylierte Fettalkohole, und/oder Paraffinöle. Zur Verbesserung der Emulgierwirkung, der Zellstruktur und/oder zu deren Stabilisierung eignen sich ferner oligomere Polyacrylate mit Polyoxyalkylen- und Fluoralkan- resten als Seitengruppen. Die erfindungsgemäßen schäumbaren Mischungen können Schaumstablisatoren z.B. in Mengenbereichen zwischen 0,1 und 5 Gew.% enthalten, bezogen auf die Mischung, der nicht flüchtigen Anteile.
Bei Bedarf können als Haftvermittler vorzugsweise organofunktionelle Silane wie hydroxy- funktionelle, (meth)acryloxyfunktionelle, mercaptofunktionelle, aminofunktionelle oder epoxyfunktionelle Silane verwendet. Die Mengen können von 0 bis 20 Gew.% betragen, vorzugsweise zwischen 0 und 5 Gew.%, bezogen auf die Mischung.
Es können auch Katalysatoren enthalten sein. Als Katalysatoren können alle bekannten Verbindungen eingesetzt werden, die Isocyanatreaktionen katalysieren können. Beispiele hierfür sind Titanate wie Tetrabutyltitanat und Tetrapropyltitanat, Zinncarboxylate wie Di- butylzinndilaulat (DBTL), Dibutylzinndiacetat, Zinnoctoat; Zinnoxide wie Dibutylzinnoxid, und Dioctylzinnoxid; Organoaluminumverbindungen wie Aluminumtrisacetylacetonat, A- luminumtrisethylacetoacetat; Chelatverbindungen wie Titantetraacetylacetonat; Aminver- bindungen wie Triethylenediamin, Guanidin, Diphenylguanidin, 2,4,6-tris(dimethylamino- methyl)phenol, Morpholin, N-methylmorpholin, 2-Ethyl-4-methylimidazole, und 1 ,8- Diazabicyclo-(5,4,0)-undecen-7 (DBU), 1 ,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan, N,N-Dimethyl- piperazin, 1 ,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en, Dimorpholinodimethylether, Dimorpholino- diethylether (DMDEE) oder deren Mischungen. Der Katalysator, bevorzugt Mischungen mehrerer Katalysatoren, werden in einer Menge von 0,01 bis etwa 5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zubereitung eingesetzt.
In einer anderen Ausführungsform enthält eine erfindungsgemäße schäumbare Mischung mindestens ein flüssiges Flammschutzmittel. Das Flammschutzmittel kann ausgewählt werden aus der Gruppe halogenierte (insbesondere bromierte) Ether vom Typ„Ixol" der Fa. Solvay, 3,4,5,6-tetrabromo-, 2-(2-hydroxyethoxy)ethyl-2-hydroxypropyl ester), organi- sche Phosphate, insbesondere Diethyl-ethanphosphonat, Triethylphosphat, Dimethylpro- pylphosphonat, Diphenylkresylphosphat, sowie chlorierte Phosphate, insbesondere Tris- (2-chlorethyl)phosphat, Tris-(2-chlorisopropyl)phosphat, Tris(1 ,3-dichlorisopropyl)- phosphat, Tris-(2,3-dibrompropyl)phosphat und Tetrakis-(2-chlorethyl)-ethylendiphosphat oder deren Mischungen. Vorzugsweise enthält die Mischung das Flammschutzmittel in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung. Es ist zweckmäßig aus den vorgenannten Flammschutzmitteln diejenigen auszuwählen, die keine Hydroxylgruppen aufweisen, da diese den Gehalt an reaktiven NCO-Gruppen vermindern.
Eine erfindungsgemäße schäumbare Zusammensetzung enthält neben dem Gemisch der Prepolymer mindestens ein Treibmittel. Als Treibmittel können prinzipiell eine Vielzahl leichtflüchtiger Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden. Besonders bevorzugte Treibmittel werden ausgewählt aus Kohlenwasserstoffen und/oder Fluorkohlenwasserstoffen mit jeweils 1 -5 Kohlenstoffatomen und/oder Dimethylether (DME) sowie deren Mischungen, beispielsweise aus DME / Propan / Isobutan / nButan. Die Treibmittel werden in Mengen von 5 bis 40 Gew.%, vorzugsweise von 10 bis 30 Gew.%, bezogen auf die gesamte schäumbare Mischung eingesetzt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaumvorläufers kann enthalten 10 bis 90 Gew-%, bevorzugt 30 bis 60 Gew-% eines Polyesterprepolymeren (a), 90 bis 10 Gew.-%, insbesondere 70 bis 40 Gew.-% Polyoxyalkylenprepolymere mit mindestens einer Isocyanatgruppen (b1 ) oder mit mindestens einer Silangruppen (b2), 0,5 bis 30 Gew-% Hilfsstoffe und Additive, insbesondere Katalysatoren, Flammschutzmittel und/oder Stabilisatoren. Die Gesamtheit dieser Bestandteile soll 100 Gew-% betragen. Zusätzlich enthält die erfindungsgemäße Mischung noch inerte Treibmittel.
Eine Ausführungsform verwendet Polymere, die Di- bzw. Trialkoxysilylgruppen enthalten, die ein Aushärten und gute Endfestigkeiten ermöglichen. Ein weiterer Vorteil solcher Al- koxygruppen enthaltenden Polymere ist darin zu sehen, das diese die Viskosität herabsetzen und ein Netzwerk ausbilden, so dass später keine Migration von nicht reagierenden Polymeren zu beobachten ist. Da die Vernetzung langsamer verläuft als die Vernetzung der NCO-Gruppen, wird der Aufbau des Netzwerks nicht gestört. Die andere Ausführungsform arbeitet mit Gemischen aus NCO-vernetzenden Polyether- und Polyesterprepolymeren. Diese Mischungen reagieren gleichmäßig ab. Es hat sich gezeigt, dass die Mischungen solcher Prepolymere auch eine niedrige Viskosität aufweisen. Gleichzeitig ist eine hohe Reaktivität gegeben, wobei der Gehalt an monomeren Iso- cyanaten gering gehalten wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Einweg-Druckbehälter enthaltend eine erfindungsgemäße schäumbare Mischung oder eine schäumbare Mischung, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Einweg-Druckbehälter (Aerosol-Dose) enthält also mindestens ein Polyesterprepolymer und ein Polyetherprepolymer, und mindestens ein Treibmittel. Um eine gute Verarbeitbarkeit der Mischung - insbesondere das Befüllen der Behälter - zu ermöglichen, beträgt die Viskosität der Mischung der nicht flüchtige Bestandteile erfindungsgemäß 2 000 bis 150.000 mPas, vorzugsweise 5000 bis 80.000 mPas (gemessen bei 50°C).
Die erfindungsgemäßen schäumbaren Mischungen härten nach dem Ausbringen aus der Aerosoldose durch Reaktion mit der umgebenden Luftfeuchtigkeit zu feinzelligen Schäumen aus, so dass die schäumbaren Mischungen zum Dichten, Dämmen und/oder Montieren, z.B. von Fugen, Dachflächen, Fenstern und Türen oder zum Ausfüllen von Hohlräumen geeignet sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen schäumbaren Mischung oder einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Mischung zum Dichten, Dämmen und/oder Montieren von Fugen, Dachflächen, Fenstern und Türen oder zum Ausfüllen von Hohlräumen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von schäumbaren, vernetzbaren Zusammensetzungen. Gemäß diesem Verfahren wird ein Prepolymer aus mindestens einem Polyesterdiol mit einem molaren Überschuss von einem aromatischen Diisocyanat hergestellt. Dabei kann dieser Überschuss ein Verhältnis von 1 :2 bis 1 : 10 umfassen. Nach der Reaktion wird das unreagierte monomere Diisocyanat abdestilliert auf einen Gehalt von weniger als 2 Gew.-% bezogen auf das Prepolymer bevorzugt unter 1 %, insbesondere weniger als 0,2 %. Dabei ist es möglich, das abdestillierte Diisocyanat wieder bei der Synthese der Prepolymere einzusetzen. Bei den besonders geeigneten Isocyanaten für das Verfahren handelt es sich um aromatische Isocyanate, wie 4,4- Diphenylmethandiisocyanat oder um Gemische der MDI-Isomeren, eine andere Ausführungsform setzt aromatische asymmetrische Isocyanate wie TDI, 2,4 MDI ein. Dabei kann der Überschuss an Diisocyanat geringer gewählt werden, beispielsweise ca. 1 :2.
Zu diesem Prepolymeren kann ein weiteres mit Wasser vernetzbares Prepolymer zugegeben werden. Es kann sich dabei um NCO-terminierte Prepolymere auf Basis von Polye- thern handeln. Diese können wie oben bereits angegeben, mit einem Überschuss an monomeren bevorzugt aromatischen Diisocyanaten hergestellt werden, wobei nach der Reaktion die zurückbleibenden monomeren Diisocyanate durch Destillation auf einen Gehalt von weniger als 2 %, insbesondere unter 0,2 %, abdestilliert werden. Das kann in einer separaten Synthesereaktion geschehen, es ist aber auch möglich, dass dieses PU- Prepolymer gemeinsam mit dem oben erwähnten Polyesterprepolymer hergestellt wird.
Eine andere Ausführungsform des Verfahrens arbeitet mit Polyetherpolymeren, die mindestens eine Silangruppe mit hydrolysierbaren Resten enthält. Als hydrolisierbare Reste sind solche vom Typ Si(OR)3 mit -OR ausgewählt aus Methoxy-, Ethoxy-, Propoxy-, Buto- xy, eingesetzt werden. Insbesondere können solche Prepolymere auch zwei Silangruppen enthalten. Diese werden separat zu den NCO-Prepolymeren hergestellt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Mischung unter wasserfreien Bedingungen aus dem Polyesterprepolymer und dem Polyetherpolymer hergestellt. Dazu können ggf. die Additive eingegeben werden, die in einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthalten sein können. Weiterhin wird zu dieser Mischung mindestens ein Treibgas zugesetzt. Das kann durch Mischen der Prepolymer/Additivmischung mit Treibgas geschehen, wobei diese Mischung dann in die entsprechenden Einweg-Druckgebinde abgefüllt wird. Es ist ebenso möglich, die verschiedenen Prepolymere und Additive einzeln in den entsprechenden Behälter zu geben und die Treibgase danach zuzusetzen. Auf bekannte Art und Weise werden die Komponenten miteinander vermischt. Das Mischen der Komponenten kann auch durch Erwärmen unterstützt werden, so dass die Verarbeitungsprozesse schneller ablaufen. Es werden Mischungen, abgefüllt in Einweg-Druck- Behältern erhalten. Diese sind über einen Zeitraum von mindestens 6 Monate lagerstabil, soweit unter wasserfreien Bedingungen gearbeitet wird. Insbesondere zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren sind Zusammensetzungen geeignet, die den oben genannten erfindungsgemäßen vernetzbaren schäumbaren Zusammensetzungen entsprechen.
Die erfindungsgemäßen schäumbaren Zusammensetzungen sind insbesondere zur Verwendung als 1 K-Dosenschaum einzusetzen. Diese werden üblicherweise als Ortsschaum bezeichnet, d.h. sie werden zur Herstellung und Lagerung und Transport in Aerosoldosen gefüllt und unmittelbar bei der Anwendung ausgetragen und aufgeschäumt. Durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist es möglich, Isocyanat-reaktive Polyurethanschäume herzustellen, die einen geringen Monomergehalt aufweisen. Diese weisen eine Zusammensetzung auf, die eine ausreichende Viskosität zeigt, um mit den bekannten Treibmitteln verschäumbar zu sein. Die erfindungsgemäßen Schaumvorläufer härten mit der vorhandenen Luftfeuchtigkeit aus und ergeben kleinzellige, mechanisch stabile Schäume. Durch besondere Ausgestaltung der Zusammensetzung ist es möglich, diese Schäume auch brandhemmend auszugestalten.
Durch den niedrigen Gehalt an freien Isocyanaten werden die Anforderungen im Bezug auf Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz erfüllt. Die technischen Anwendungseigenschaften der geschäumten Materialien sind im Vergleich zu bekannten Stand der Technik vergleichbar gut.
Die erfindungsgemäßen schäumbaren Mischungen härten nach dem Ausbringen aus der Aerosoldose mit der umgebenden Luftfeuchtigkeit zu feinzelligen Schäumen aus, so dass aus die schäumbare Mischungen zum Dichten, Dämmen und Montieren, z.B. von Fugen, Dachflächen, Fenstern und Türen oder zum Ausfüllen von Hohlräumen geeignet sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist das verbesserte Brandverhalten der ausgehärteten Schäume. Beispiele: (Mengenangabe in Teilen)
Figure imgf000015_0001
Ergebnis
Viskosität [in mPas] 30 °C 50 °C 80 °C
Beispiel 1 161 00 9200
2 nicht 105 000 6350
3 messbar 57 000 2850
4 53 500 2450
5 44 000 1850
6 450000 10200
7 nicht 257000 6800
8 messbar 105000 3500
9 81000 2700
10 44000 1800
1 1 450000 10500
12 nicht 202000 5600
13 messbar 57000 3000
14 20000 1200 15 8000 800
16 nicht 161000 9200
17 messbar 1 16000 6800
18 595000 19600 1700
19 210000 15200 1300
20 8000 800
21 nicht 16100 9200
22 messbar 2100 1050
23 2200 1 100 450
24 540 150 60
25 200 20 10
Polyester A bestehend aus Adipinsäure/Isophthalsäure/ Propylenglykol/
Diethylenglykol
Viskosität bei 25°C: 1.350 mPa*s OHZ: 135
Polyester B bestehend aus Adipinsäure/Phthalsäure/1 ,2-Propandiol/
Diethylenglykol
Viskosität bei 25°C: 3.000 mPa*s OHZ: 190
PPG 400 Polypropylenglykol 400 (Lupranol 400 / BASF) OHZ: 256
PPG 750 Gemisch aus Polypropylenglykol 400 und 1000 (Voranol 1010 L / Dow)
OHZ: 145
MDI 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (Desmodur 44 M / Bayer)
MIS Gemisch aus 2,4' und 4,4'- Diphenylmethandiisocyanat (Desmodur
2460 MI)
Aus den Diolen wird mit einem Überschuss ein Diisocyanat (Molverhältnis 6 :1 ) ein Prepo- lymer hergestellt. Dieses wird nach Ende der Reaktion mittels eines Dünnschichtverdampfers im Vakuum von nicht reagiertem monomeren Isocyanat befreit. Der Restmonomerge- halt einer jeden Probe ist kleiner als 1 Gew.-% monomeres MDI. Prepo 1 : Polyester A + 4,4-MDI
Prepo 2 : Polyester B + 4,4-MDI
Prepo 3 : PPG 400 + MIS
Prepo 4 : PPG 750 + MIS
Prepo 5 : Silyl-terminierter Polyether (Polypropylene glycol-bis- [3-(dimethoxymethylsilyl)- propyl]ether
Es zeigt sich, dass die Viskosität der Prepolymere nicht linear mit dem zunehmenden Anteil an Polyesterprepolymer ansteigt, das Viskositätsverhalten wird durch die Zugabe von Polyetherprepolymere synergistisch zu geringem Werten beeinflusst.
Aus den Beispielen 3, 8, 13, 18 werden durch Zugabe einer Mischung von Pro- pan/Dimethylether (1 :1 ) Gew.-Anteil 30 % auf die Gesamtmischung schäumbare Mischungen hergestellt. Diese Mischungen werden in einer Einweg-Druckdose eingefüllt. Die Mischungen werden durch Schütteln homogenisiert und für einen Tag gelagert. Es zeigt sich, dass die Mischungen als Schaum gut auszubringen sind. Sie vernetzen schnell.
Analoge Mischungen mit 30 % der Treibmittelmischung werden von den Versuchen 1 , 6, 1 1 , 16 hergestellt. Das Abfüllen in die Druckdosen muss bei erhöhter Temperatur erfolgen. Nach Abkühlung und Lagerung für 24 Stunden ist nur ein schlechtes Austreten von Schaum aus der Druckdose festzustellen. Die Menge ist gering. Ein Aufschäumen gelingt nicht zu einem homogenen Schaum. Es tritt kein gleichmäßiger Schaum aus der Dose aus, offensichtlich ist keine homogene Mischung in der Dose vorhanden. Diese Mischungen sind nicht als schäumbare Zusammensetzung einzusetzen.
Es werden weitere Versuche mit Additiven durchgeführt. Diese beeinflussen die Schäum- barkeit nicht wesentlich.
Beispiel 3 + 0,05 % DMDEE als Katalysator
Beispiel 8 + 0,4 % Paraffinöl
Beispiel 13 + 0,2 % UV-Stabilisator
Beispiel 18 + 5% Trichlor-isopropylphosphat

Claims

Patentansprüche
1. Vernetzbare schäumbare Zusammensetzung mit niedrigem Gehalt an monomeren Isocyanaten enthaltend
a) 10 bis 90 Gew-% eines Prepolymeren aus Polyesterdiolen umgesetzt mit einem Überschuss an Diisocyanaten und nachfolgender Entfernung des überschüssigen monomeren Diisocyanats,
b) 90 bis 10 Gew-% einer Komponente auf Basis von Polyetherpolyolen, die entweder mindestens eine Si(OR)3-Gruppe oder mindestens eine NCO-Gruppen aufweist,
c) 0, 1 bis 30 Gew-% Additive,
d) mindestens ein Treibmittel,
wobei die Polyesterdiole und die Polyetherdiole eine Molmasse ( MN ) unter 5000 g/mol aufweisen und die Mischung aus a und b einen Gehalt an monomeren Diisocyanaten unter 2 Gew-% enthält.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der NCO- Monomergehalt der Zusammensetzung unter 1 % beträgt und der NCO-Gehalt der Zusammensetzung zwischen 2 bis 15 % beträgt.
3. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyesterdiole der Komponente (a) Polyesterdiole mit einer Molmasse unter 2000 g/mol sind und in einer Menge von 20 bis 60 Gew-% enthalten ist.
4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente (b) in einer Menge von 40 bis 80 Gew.-% enthalten ist und auf Basis von linearen Polyetherdiolen mit einer Molmasse unter 1500 g/mol hergestellt wird und zwei aromatische Isocyanatgruppen enthält.
5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (b) zwei endständige Si(OR) 3 -Gruppen aufweist mit -OR ausgewählt aus Methanol, Ethanol oder Propanol, und (b) in einer Menge bis zu 40 Gew-% enthalten ist.
6. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Additive Schaumstabilisatoren, Katalysatoren, Farbstoffe oder Pigmente, Zellöffner und/oder UV-Stabilisatoren enthalten sind.
7. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel DME oder Gemische aus DME mit Ci bis C5-Alkanen enthalten sind.
8. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität der Mischung der reaktiven Komponenten a und b zwischen 30000 bis 150000 mPas bei 50°C beträgt.
9. Einweg-Druckbehälter enthaltend eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verfahren zum Herstellen einer schäumbaren vernetzbaren Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Prepolymer (a) aus mindestens einem Polyesterdiol mit einem Überschuss an aromatischen Diisocyanaten im NCO/OH- Verhältnis von 2: 1 bis 10: 1 hergestellt wird, das nicht reagierte monomere Diisocyanat abdestilliert wird, und zu dieser Mischung eine Komponente (b) enthaltend mindestens eine Si(OR)3-Gruppe oder mindestens eine NCO-Gruppe und Komponente (d) und/oder (c) zugegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus (a) und (b) eine Viskosität von 30000 bis150000 mPas bei 50 °C aufweist und einen Gehalt an monomeren Diisocyanaten von weniger als 2 % aufweist.
1 1 . Verfahren zum Herstellen einer schäumbaren vernetzbaren Zusammensetzung nach Anspruch 10, wobei das Prepolymer aus mindestens einem Polyesterdiol gemischt mit mindestens einem Polyetherdiol mit einem Überschuss an aromatischen Diisocyanaten im NCO/OH-Verhältnis von 2: 1 bis 10:1 hergestellt wird, das nicht reagierte monomere Diisocyanat abdestilliert wird auf weniger als 1 %, und die Mischung zusammen mit Additiven und Treibmittel in einen Einweg-Druckbehälter gefüllt und homogenisiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (a) und/oder (b) gemischt mit mindestens einem Treibmittel in eine Dose eingebracht werden.
13. Verfahren nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der NCO-Gehalt der Zusammensetzung durch Zusatz von nicht flüchtigen oligomeren/polymeren Iso- cyanaten erhöht wird.
14. Verwendung einer Zusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 zur Herstellung von vernetzbaren Dosenschäumen.
15. Verwendung nach Anspruch 14 zur Herstellung von vernetzbaren 1 -Komponenten- Dosenschäumen.
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