WO2022037819A1 - Thermoplastische formmasse mit guten thermischen und mechanischen eigenschaften - Google Patents

Thermoplastische formmasse mit guten thermischen und mechanischen eigenschaften Download PDF

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WO2022037819A1
WO2022037819A1 PCT/EP2021/065559 EP2021065559W WO2022037819A1 WO 2022037819 A1 WO2022037819 A1 WO 2022037819A1 EP 2021065559 W EP2021065559 W EP 2021065559W WO 2022037819 A1 WO2022037819 A1 WO 2022037819A1
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Derk Wandner
Werner BISCHOFFS
Sascha LEIPNITZ
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Covestro Deutschland Ag
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    • C08J5/08—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials glass fibres
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    • C08L75/04—Polyurethanes
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    • C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04—Polyurethanes

Definitions

  • Thermoplastic molding compound with good thermal and mechanical properties
  • the invention relates to a thermoplastic molding composition containing a thermoplastic polyurethane and a glass fiber, the use of the molding composition for the production of molded articles and the molded articles themselves.
  • thermoplastic polyurethanes have been used for many different purposes for years because of their excellent physical properties.
  • other plastics such as polyamide plastics, are used because polyurethanes with suitable physical properties are not available or can only be provided with difficulty.
  • Polyurethanes which are made up of short-chain aliphatic diols and short-chain aliphatic isocyanates and polyisocyanates, have comparable or better properties to polyamide plastics, for example with regard to the paintability of the plastic.
  • O. Bayer discloses the preparation of polyurethanes from aliphatic diisocyanates and aliphatic diols in a batch process, in particular a polyurethane from 1,6-hexamethylene diisocyanate and 1,4-butanediol (Perlon U , Igamide U), which is obtained as a fine, sandy powder from a precipitation polymerization in dichlorobenzene.
  • DE728981 discloses the production of polyurethanes and polyureas in a solvent-containing or solvent-free batch process.
  • V.V. Korshak Soviet Plastics 1961, 7, 12-15 discloses a semi-batch laboratory process for preparing a polyurethane from 1,6-hexamethylene diisocyanate and 1,4-butanediol. For this purpose, 1,6-hexamethylene diisocyanate is added dropwise to heated 1,4-butanediol, which leads to a brittle addition product.
  • thermoplastic polyurethanes Due to the polyaddition reaction between isocyanate and hydroxy groups, molecular weights that lead to the expectation of good mechanical properties only arise at very high conversion rates. At high conversion rates, however, the tendency to side reactions also increases, such as the formation of allophanate, biuret or isocyanurate groups, which represent branching points in the polymer structure and thereby reduce the thermoplastic character or, in extreme cases, even produce duromers (G. Oertel, Kunststoff- Handbuch, Vol. 7, 3rd edition, 1993, p.12ff). Therefore, the specific molecular structure and the molar mass distribution are dependent on the manufacturing process. This dependency subsequently also affects the mechanical properties of the thermoplastic polyurethanes.
  • Thermoplastic polyurethanes based on short-chain aliphatic diols and short-chain aliphatic polyisocyanates have a relatively low softening or melting temperature compared to other thermoplastics. On the one hand, this is favorable for processing into molded articles, because particularly high temperatures are not required for melting.
  • the object of the present invention was therefore to provide a thermoplastic molding composition containing a thermoplastic polyurethane which is distinguished by improved thermal and mechanical properties.
  • the object was to provide a thermoplastic molding compound containing a thermoplastic polyurethane which has a higher heat resistance (according to HDT A and B), a higher modulus of elasticity and a higher tensile strength (measured in a tensile test).
  • thermoplastic molding composition containing a thermoplastic molding composition
  • thermoplastic polyurethane polymer obtainable by reacting at least the following structural components:
  • thermoplastic polyurethane polymer having a molecular weight of 62 g/mol to 120 g/mol, the structural components used to produce the thermoplastic polyurethane polymer being at least 95% by weight of one or more aliphatic diisocyanates I) and one or more aliphatic Diols II), based on the total mass of the structural components used, consist of the one or more aliphatic diisocyanates I) and the one or more aliphatic diols II) in a molar ratio in the range from 1.0:0.95 to 0.95 : 1.0 are used, characterized in that the ratio M z /M w of the thermoplastic polyurethane polymer is in a range from 2.3 to 6, where M z is the centrifuge average molecular weight and M w is the weight average molecular weight, respectively through Gel permeation chromatography in hexafluoroisopropanol against polymethyl methacrylate as standard
  • the molding compound optionally contains polymer additives and/or other polymeric components as component C.
  • the molding composition preferably contains 29 to 98% by weight of component A, 1 to 70% by weight of component B and 0 to 30% by weight of component C, more preferably 49 to 96% by weight of component A, 2 to 50% by weight of component B and 0.1 to 25% by weight of component C, particularly preferably more preferably 59 to 94% by weight of component A, 5 to 40% by weight of component B and 0.2 to 20% by weight of component C.
  • compositions consist of 80% by weight, more preferably 90% by weight, particularly preferably 95% by weight and most preferably 100% by weight of components A, B and C.
  • a further object of the invention was to provide moldings containing the thermoplastic molding composition.
  • Component A is a thermoplastic polyurethane that can be obtained by reacting at least the following structural components:
  • thermoplastic polyurethane having a molecular weight of 62 g/mol to 120 g/mol, the structural components used to produce the thermoplastic polyurethane being at least 95% by weight of one or more aliphatic diisocyanates I) and one or more aliphatic Diols II), based on the total mass of the structural components used, consist of the one or more aliphatic diisocyanates I) and the one or more aliphatic diols II) in a molar ratio in the range from 1.0:0.95 to 0.95 : 1.0 are used, characterized in that the ratio M z /M w of the thermoplastic polyurethane polymer is in a range from 2.3 to 6, preferably in the range from 2.5 to 5.5, particularly preferably in the range from 2, 5 to 5, where M z is the centrifugal agent molar mass and M w is the mass average molar mass, each determined by gel permeation chromatography in hexafluorois
  • thermoplastic polyurethanes used in the molding compositions according to the invention can contain small duroplastic fractions, such as those produced, for example, by allophanate structural elements, biuret structural elements or by the proportionate use of triols or triisocyanates as monomers, in the polymer matrix, but only so much that the thermoplastic properties of the invention polyurethanes are retained. Typically this is 0.5-5% by weight, preferably 0.5-4% by weight, more preferably 0.5-3% by weight, even more preferably 0.5-2% by weight and most especially preferably 0.5-1% by weight of thermoset fractions, based on the total weight of the thermoplastic polymer according to the invention.
  • % by weight relates to the total weight of the respective system or the total weight of the respective component.
  • a copolymer may contain a particular monomer expressed as a weight percent, in which case the weight percent would be based on the total weight of the copolymer.
  • the word “a” in connection with countable variables is only to be understood as a numeral if this is expressly stated (e.g. by the expression “exactly a”). If, for example, “a polyol” is mentioned below, the word “a” is to be understood only as an indefinite article and not as a numeral, so it also includes an embodiment that contains a mixture of at least two polyols.
  • aliphatic or “aliphatic radical” means acyclic saturated hydrocarbon radicals which are branched or linear and preferably unsubstituted. These aliphatic hydrocarbon radicals preferably contain 2, 3, 4, 5 or 6 carbon atoms.
  • the aliphatic polyurethane according to the invention is made up of polyols and polyisocyanates, each with acyclic, saturated hydrocarbon bases, such as 1,6-diisocyanatohexane (HDI) and 1,4-butanediol (BDO).
  • HDI 1,6-diisocyanatohexane
  • BDO 1,4-butanediol
  • thermoplastic aliphatic polyurethane consists preferably essentially of unbranched, linear, particularly preferably essentially of unbranched, linear, unsubstituted, polymer chains, the polymer chains containing no cycloaliphatic groups.
  • "Substantially” in this context means that at least 95 mol%, preferably at least 98 mol%, more preferably at least 99 mol% and even more preferably at least 99.5 mol% of the polymer chains of the thermoplastic aliphatic polyurethane from unbranched, linear .preferably unbranched, linear, unsubstituted polymer chains, the polymer chains containing no cycloaliphatic groups.
  • the expressions “comprising” or “containing” preferably mean “consisting essentially of” and particularly preferably “consisting of”.
  • the centrifuge average molecular weight M z , the weight average molecular weight M w and x 90 are determined by gel permeation chromatography (GPC) using polymethyl methacrylate as a standard.
  • the sample to be measured is dissolved in a solution of 3 g potassium trifluoroacetate in 400 cc hexafluoroisopropanol (sample concentration approx.
  • RI detector refractive index detector
  • the centrifuge average molecular weight (M z ) was calculated from the data obtained by measuring gel permeation chromatography using the following equation: whereby:
  • M[ is the molar mass of the polymers of fraction i such that M[ ⁇ M i+1 for all i i in g/mol, nt is the mole of the polymer of fraction i i in mol.
  • M[ is the molar mass of the polymers of fraction i such that M[ ⁇ M i+1 for all i i in g/mol, nt is the mole of the polymer of fraction i i in mol.
  • the ratio M z /M w of the thermoplastic polyurethane polymer is in a range from 2.5 to 5.5, preferably in a range from 2.5 to 5.
  • the thermoplastic polyurethane polymer is obtained or can be obtained by reacting one or more aliphatic diisocyanates having a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol and one or more aliphatic diols having a molecular weight of 62 g/mol to 120 g/mol and with at least one chain extender, where in a first step at least one or more aliphatic diisocyanates A) with a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol with one or more aliphatic diols B) with a molecular weight of 62 g/mol mol to 120 g/mol are reacted to form at least one prepolymer, preferably to form at least one hydroxy-terminated prepolymer, and the
  • the reaction takes place in a loop reactor (loop reactor).
  • thermoplastic polyurethane polymer is obtained or is obtainable by reacting one or more aliphatic diisocyanates A) with a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol and one or more aliphatic diols B) with a molecular weight from 62 g/mol to 120 g/mol, if appropriate in the presence of at least one catalyst and/or auxiliaries and additives, the structural components used to produce the thermoplastic polyurethane polymer being at least 95% by weight of one or more aliphatic diisocyanates A), and one or more aliphatic diols B), based on the total mass of the structural components used, the one or more aliphatic polyisocyanates and the one or more aliphatic polyols in a molar ratio in the range from 1.0: 0.95 to 0.
  • 95 : 1.0 are used in a process comprising the following steps: a) Mixing a diisocyanate stream (A) and a diol stream (B) in a first mixing device (7) so that a mixture stream (C) is obtained, wherein the Mass flows of the diisocyanate stream (A) and the diol stream (B) are adjusted so that the isocyanate index in the mixed stream (C) is from 55 to 85, b) introducing the mixed stream (C) into a circulating stream (D) which is in a is circulated, with the monomers of the diisocyanate stream (A) and the diol stream (B) reacting further in the circulating stream (D) to form OH-functional prepolymers, c) separating off a partial stream from the circulating stream (D) as a prepolymer stream (E) and introducing the same into a Extruder (18), d) introducing an isocyanate feed stream (F) into the extruder (18) in the extru
  • the M z value of the thermoplastic polyurethane polymer is in a range from 100,000 g/mol to 900,000 g/mol, preferably in a range from 100,000 g/mol to 850,000 g/mol, particularly preferably in a range of 110,000 g /mol to 800,000 g/mol and more preferably in a range from 120,000 g/mol to 760,000 g/mol as determined by gel permeation chromatography in hexafluoroisopropanol against polymethyl methacrylate as a standard.
  • the thermoplastic polyurethane polymer consists of at least 96% by weight, preferably at least 97% by weight, particularly preferably at least 98% by weight, even more preferably at least 99% by weight, even more preferably at least 99.5% by weight and most preferably at least 99.9% by weight of one or more aliphatic diisocyanates I) and one or more aliphatic diols II), based on the total mass of the polyurethane polymer.
  • Suitable aliphatic diisocyanates I) are all monomeric aliphatic diisocyanates known to those skilled in the art which have a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol. It is irrelevant whether the diisocyanates are produced by phosgenation or after a phosgene-free process procedures were obtained. The diisocyanates and/or their precursor compounds can have been obtained from fossil or biological sources.
  • 1,6-diisocyanatohexane is produced from 1,6-hexamethylenediamine and 1,5-diisocyanatopentane from 1,5-pentamethylenediamine, with 1,6-hexamethylenediamine and 1,5-pentamethylenediamine from biological sources, preferably by bacterial fermentation , be won.
  • the aliphatic diisocyanates for building up the thermoplastic polyurethane polymer according to the invention are preferably selected from the group consisting of 1,4-diisocyanatobutane (BDI), 1,5-diisocyanatopentane (PDI), 1,6-diisocyanatohexane (HDI) and 2-methyl-l, 5-diisocyanatopentane or a mixture of at least two thereof.
  • BDI 1,4-diisocyanatobutane
  • PDI 1,5-diisocyanatopentane
  • HDI 1,6-diisocyanatohexane
  • 2-methyl-l, 5-diisocyanatopentane or a mixture of at least two thereof 2-methyl-l, 5-diisocyanatopentane or a mixture of at least two thereof.
  • the one or more aliphatic diisocyanates I) are selected from the group consisting of 1,4-diisocyanatobutane, 1,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane, 2-methyl-1,5-diisocyanatopentane and/ or mixtures of at least two of these.
  • 1,5-diisocyanatopentane and/or 1,6-diisocyanatohexane are used as aliphatic diisocyanates I).
  • only 1,6-diisocyanatohexane is used as the aliphatic diisocyanate I).
  • Suitable aliphatic diols II are all organic diols known to those skilled in the art which have a molecular weight of 62 g/mol to 120 g/mol.
  • the diols and/or their precursor compounds can have been obtained from fossil or biological sources.
  • the aliphatic diols for building up the thermoplastic polyurethane polymer according to the invention are preferably selected from the group consisting of 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4 -Butanediol, 1,2-pentanediol, 1,3-pentanediol, 1,4-pentanediol, 1,5-pentanediol, 1,2-hexanediol, 1,3-hexanediol, 1,4-hexanediol, 1,5-hexanediol and 1,6-hexanediol or a mixture of at least two thereof.
  • the one or more aliphatic diols II) are selected from the group consisting of 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3- Butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol and/or mixtures of at least two of these.
  • 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol and/or mixtures of at least two of these are used as aliphatic diols II).
  • 1,4-butanediol and/or 1,6-hexanediol are used as aliphatic diols II). In another preferred embodiment, only 1,4-butanediol is used as the aliphatic diol.
  • thermoplastic polyurethane polymer can be obtained by reacting at least the following structural components: I) one or more aliphatic diisocyanates selected from the group consisting of 1,4-diisocyanatobutane, 1,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane, 2-methyl-1,5-diisocyanatopentane and/or mixtures of at least two of these and
  • thermoplastic polyurethane polymer one or more aliphatic diols selected from the group consisting of 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1 ,5-pentanediol, 1,6-hexanediol or mixtures of at least two of these, the structural components used to produce the thermoplastic polyurethane polymer being at least 95% by weight, preferably at least 98% by weight, particularly preferably at least 99% by weight.
  • the one or more aliphatic diisocyanates I) and the one or more aliphatic diols II) are used in a molar ratio in the range from 1.0:0.95 to 0.95:1.0, characterized in that the ratio M z /M w of the thermoplastic polyurethane polymer is in a range from 2.3 to 6 lying t, where M z is the centrifuge average molecular weight and M w is the mass average molecular weight, each determined by gel permeation chromatography in hexafluoroisopropanol against polymethyl methacrylate as a standard.
  • one or more polyisocyanates III) and/or one or more NCO-reactive compounds IV are used.
  • these further structural components III) and/or IV) are different from structural components I) and II) and can be used in an amount of 0% by weight to 5% by weight.
  • the structural components used to produce the thermoplastic polyurethane polymer consist of 0.1% by weight to 5% by weight of one or more polyisocyanates III) and/or one or more NCO-reactive compounds IV), based on the Total mass of the body components used.
  • the isocyanate components I) and optionally III) are mixed with the isocyanate-reactive components II) and optionally IV) in a molar ratio of isocyanate component: isocyanate-reactive component in the range from 1.0:0.95 to 0.95:1 ,0 used.
  • thermoplastic polyurethane polymer can be obtained by reacting at least the following structural components:
  • NCO-reactive compounds one or more NCO-reactive compounds, where the structural components used to produce the thermoplastic polyurethane polymer consist of at least 95% by weight of one or more aliphatic diisocyanates I) and one or more aliphatic diols II) and to an extent of ⁇ 5% by weight consist of one or more polyisocyanates III) and/or one or more NCO-reactive compounds IV), based on the total weight of the structural components used.
  • polyisocyanate III All aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or araliphatic di- and triisocyanates known to those skilled in the art are suitable as polyisocyanate III) for synthesizing the polyurethane polymer according to the invention, whether they were obtained by phosgenation or by phosgene-free processes.
  • the polyisocyanates and/or their precursor compounds can have been obtained from fossil or biological sources.
  • polyisocyanate III are monomeric diisocyanates which have a molecular weight of >140 to ⁇ 400 g/mol.
  • Suitable aliphatic diisocyanates are 1,4-diisocyanatobutane (BDI), 1,5-diisocyanatopentane (PDI), 1,6-diisocyanatohexane (HDI), 2-methyl-1,5-diisocyanatopentane, 1,5-diisocyanato-2 ,2-dimethylpentane, 2,2,4- or 2,4,4-trimethyl-1,6-diisocyanatohexane, 1,8-diisocyanatooctane and 1,10-diisocyanatodecane.
  • BDI 1,4-diisocyanatobutane
  • PDI 1,5-diisocyanatopentane
  • HDI 1,6-diisocyanatohexane
  • 2-methyl-1,5-diisocyanatopentane 1,5-diisocyanato-2 ,2-dimethylpentane
  • Suitable cycloaliphatic diisocyanates are 1,3- and 1,4-diisocyanatocyclohexane, 1,4-diisocyanato-3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,3-diisocyanato-2-methylcyclohexane, 1,3-diisocyanato-4-methylcyclohexane , l-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (isophorone diisocyanate; IPDI), 1-isocyanato-l-methyl -4(3)-isocyanatomethylcyclohexane, 2,4'- and 4,4'- Diisocyanatodicyclohexylmethane (H12MDI), 1,3- and 1,4-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane, bis(isocyanatomethyl)norbomane (NBDI), 4,4'-diiso
  • aromatic diisocyanates examples include 2,4- and 2,6-diisocyanatotoluene (TDI), 2,4'- and 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane (MDI) and 1,5-diisocyanatonaphthalene.
  • suitable araliphatic diisocyanates are 1,3- and 1,4-bis(isocyanatomethyl)benzene (xylylene diisocyanate; XDI), 1,3- and 1,4-bis(1-isocyanato-1-methylethyl)benzene (TMXDI ).
  • triisocyanates examples include triphenylmethane-4,4',4"-triisocyanate or 4-isocyanatomethyl-1,8-octane diisocyanate (TIN).
  • NCO-reactive compound IV isocyanate-reactive compound IV
  • NCO-reactive compound IV isocyanate-reactive compound IV
  • NCO-reactive compound IV isocyanate-reactive compound IV
  • hydroxyl, amino or thio groups are regarded as NCO-reactive groups.
  • a mixture of different NCO-reactive compounds can also be used to construct at least one further structural element (S).
  • NCO-reactive compound IV All systems which have on average at least 1.5, preferably 2 to 3 and more preferably 2 NCO-reactive groups can be used as the NCO-reactive compound IV).
  • Suitable isocyanate-reactive compounds are aliphatic, araliphatic or cycloaliphatic diols, organic triols, polyester, polyether, polycarbonate, poly(meth)acrylate, polyurethane polyols and polyamines.
  • aliphatic, araliphatic or cycloaliphatic diols are 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol , 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, 1,11-undecanediol, 1,12-dodecanediol, 1,3-cyclobutanediol, 1 ,3-cyclopentanediol, 1,2-, 1,3- and 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 2-cyclohexene-1,
  • organic triols examples include glycerol and trimethylolpropane.
  • Aliphatic, araliphatic or cycloaliphatic diols with molecular weights of 62 g/mol to 250 g/mol are preferably used.
  • Suitable polyester polyols can be obtained in a known manner by polycondensation of low molecular weight polycarboxylic acid derivatives, such as succinic acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, glutaric anhydride, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, dimer fatty acid, trimer fatty acid, phthalic acid, Phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid, citric acid or trimellitic acid, with low molecular weight polyols such as ethylene glycol, diethylene glycol, neopentyl glycol, hexanediol, butanediol, 1,4-dihydroxycyclo
  • polyester polyols such as lactic acid, cinnamic acid or co-hydroxycaproic acid can also be polycondensed to form polyester polyols.
  • polyester polyols of oleochemical origin can also be used.
  • Such polyester polyols 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 form alkyl ester polyols having 1 to 12 carbon atoms in the alkyl radical will.
  • Suitable polyether polyols can be obtained in a manner known per se by alkoxylating suitable starter molecules with base catalysis or using double metal cyanide compounds (DMC compounds).
  • the polyether polyols are optionally block-wise polyaddition products of cyclic ethers onto OH- or NH-functional starter molecules.
  • suitable cyclic ethers are styrene oxide, ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, butylene oxide, epichlorohydrin and any mixtures thereof.
  • the polyhydric alcohols with an OH functionality >2 mentioned above in the context of the discussion of the polyester polyols, as well as primary or secondary amines and amino alcohols, can be used as starter molecules.
  • Suitable and preferred polyether polyols are di-, tri-, tetraethylene glycol and di-, tri-, tetrapropylene glycol.
  • Suitable polycarbonate polyols can be obtained in a manner known per se by reacting organic carbonates or phosgene with diols or diol mixtures.
  • Organic carbonates suitable for this are, for example, dimethyl, diethyl and diphenyl carbonate.
  • Suitable polyhydric alcohols include those discussed above for polyester polyols mentioned polyhydric alcohols having an OH functionality>2. 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol and/or 3-methylpentanediol can preferably be used.
  • Polyester polyols can also be converted to polycarbonate polyols. Particular preference is given to using dimethyl or diethyl carbonate in the reaction of the alcohols mentioned to form polycarbonate polyols.
  • Suitable polyacrylate polyols are generally copolymers and preferably have weight-average molecular weights Mw of between 1,000 and 10,000 daltons.
  • the preparation of suitable polyacrylate polyols is known to those skilled in the art. They are obtained by free-radical polymerization of olefinically unsaturated monomers containing hydroxyl groups or by free-radical copolymerization of olefinically unsaturated monomers containing hydroxyl groups with optionally other olefinically unsaturated monomers, such as ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, isopropyl acrylate, isopropyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, isobutyl acrylate, isobutyl methacrylate, tert-butyl acrylate, tert-butyl methacrylate, amyl acrylate, am
  • Suitable hydroxyl-containing, olefinically unsaturated monomers are in particular 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxybutyl acrylate, 3-hydroxybutyl methacrylate and in particular 4-hydroxybutyl acrylate and/or 4-hydroxybutyl methacrylate.
  • Vinylaromatic hydrocarbons such as vinyltoluene, alpha-methylstyrene or, in particular, styrene, amides or nitriles of acrylic or methacrylic acid, vinyl esters or vinyl ethers, and in minor amounts, in particular, acrylic and/or methacrylic acid, can be used as further monomer building blocks for the polyacrylate polyols.
  • Suitable polyurethane polyols are, for example, hydroxy-terminated prepolymers which are built up from the diisocyanates and diols described above.
  • the polyurethane polyols can also contain urea, carbodiimide, acylurea, isocyanurate, allophanate, biuret, oxadiazinetrione, uretdione, iminooxadiazinedione structures.
  • the polyurethane polyols can be prepared by reacting diisocyanates with diols using preparation processes known to those skilled in the art.
  • polyamines examples include ethylenediamine, 1,2-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 2-methylpentamethylenediamine, 1,6-diaminohexane, 2,2,4- or 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, 1,2- Diaminocyclohexane, 1-amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexane (isophoronediamine, IPDA), 4,4′-diaminodicyclohexylmethane, polyaspartic acid esters, as described, for example the process of EP-B 0 403 921 by reacting diamines with fumaric acid or maleic acid esters, or polyetherpolyamines with aliphatically bonded primary amino groups.
  • reaction of structural components I), II), if appropriate III) and/or if appropriate IV) to produce the polyurethane polymer according to the invention can take place in the presence of one or more catalysts.
  • Suitable catalysts are known in the prior art and customary tertiary amines such.
  • B 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, Tin compounds, for example tin diacetate, tin dioctoate, tin dilaurate or the tin dialkyl salts of aliphatic carboxylic acids such as dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate or the like.
  • Preferred catalysts are organic metal compounds, in particular titanic acid esters, iron and/or tin compounds.
  • the catalyst is used in amounts of from 0.001 to 2.0% by weight, preferably from 0.005 to 1.0% by weight, particularly preferably from 0.01 to 0.1% by weight, based on the diisocyanate component.
  • the catalyst can be used in bulk or dissolved in the diol component.
  • One advantage here is that the thermoplastic polyurethanes then obtained do not contain any impurities from any solvents used for the catalyst.
  • the catalyst can be added in one or more portions or continuously, e.g. B. using a suitable metering pump, over the entire duration of the reaction.
  • catalyst(s) with a catalyst solvent, preferably with an organic catalyst solvent, can also be used.
  • the degree of dilution of the catalyst solutions can be freely selected within a very wide range. Solutions are catalytically effective from a concentration of 0.001% by weight.
  • Suitable solvents for the catalyst are, for example, isocyanate-inert solvents such as hexane, toluene, xylene, chlorobenzene, ethyl acetate, butyl acetate, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monomethyl or ethyl ether acetate, diethylene glycol ethyl and butyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, 1-methoxypropyl-2 acetate, 3-methoxy-n-butyl acetate, propylene glycol diacetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, lactones such as ß-propiolactone, ⁇ -butyrolactone, s-caprolactone and 8-methylcaprolactone, but also solvents such as N-methylpyrrolidone and
  • solvents for the catalyst which carry isocyanate-reactive groups and can be incorporated into the diisocyanate are mono- or polyhydric simple alcohols, such as. B. methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, n-hexanol, 2-ethyl-1-hexanol, ethylene glycol, propylene glycol, the isomeric butanediols, 2-ethyl-1,3-hexanediol or glycerol; ether alcohols such as B.
  • allyl alcohol 1,1-dimethyl -allyl alcohol or oleic alcohol
  • araliphatic alcohols such as B. benzyl alcohol
  • N-monosubstituted amides such as. B. N-methylformamide, N-methylacetamide, cyanacetamide or 2-pyrrolidinone or any mixtures of such solvents.
  • thermoplastic polyurethane polymer according to the invention can be obtained by reacting at least the following structural components:
  • one or more aliphatic diisocyanates selected from the group consisting of 1,4-diisocyanatobutane, 1,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane, 2-methyl-1,5-diisocyanatopentane and/or mixtures of at least two of these,
  • one or more aliphatic diols selected from the group consisting of 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1 ,5-pentanediol, 1,6-hexanediol or mixtures of at least two of these,
  • NCO-reactive compounds selected from the group consisting of aliphatic diols, araliphatic diols, cycloaliphatic diols, organic triols, polyester polyols, polyether polyols, polycarbonate polyols, poly(meth)acrylate polyols, polyurethane polyols, polyamines and/or mixtures of at least two of these , wherein the structural components used to produce the thermoplastic polyurethane polymer are 95% by weight to 99.9% by weight of one or more aliphatic diisocyanates I) and one or more aliphatic diols II) and 0.1% by weight to 5 weight % of one or more diisocyanates III) and/or one or more NCO-reactive compounds IV), based on the total mass of the structural components used, where the diisocyanate components I) and optionally III) are mixed with the NCO-reactive components II ) and optionally IV) in a molar ratio
  • thermoplastic polyurethane polymer according to the invention can be obtained by reacting at least the following structural components:
  • NCO-reactive compounds selected from the group consisting of aliphatic, araliphatic or cycloaliphatic diols with molecular weights of 62 g/mol to 250 g/mol and/or mixtures of at least two of these, the ones used to produce the thermoplastic polyurethane polymer Structural components consisting of 95% by weight to 99.9% by weight of 1,6-diisocyanatohexane I) and 1,4-butanediol II) and 0.1% by weight to 5% by weight of one or more Diisocyanates III) and/or one or more NCO-reactive compounds IV), based on the total mass of the structural components used, where the diisocyanate components I) and optionally III) with the NCO-reactive components II) and optionally IV) in a molar ratio of diisocyanate component: NCO-reactive component in the range from 1.0:0.95 to 0.95:1.0, characterized in that the ratio M z
  • the thermoplastic polyurethane polymer according to the invention has a urethane group content of 40% by weight to 60% by weight, preferably 40% by weight to 52% by weight, based on the total weight of the thermoplastic polyurethane polymer.
  • the thermoplastic polyurethane polymer according to the invention has a urethane group content of 44% by weight. % to 48% by weight, more preferably from 44% to 46% by weight, based on the
  • thermoplastic polyurethane polymer total weight of the thermoplastic polyurethane polymer.
  • the urethane group content is determined by dividing the mass of the (theoretical) linear repeating unit by the mass of the urethane structural unit.
  • Each isocyanate group (-NCO) is reacted with an alcohol group (-OH).
  • the resulting value is multiplied by 100 to get a value in %.
  • thermoplastic polyurethane polymer of the invention has an elemental analysis weight percent O to N ratio of >1.5:1 to ⁇ 2.6:1 and an elemental analysis N to C weight ratio of >1:10 to ⁇ 1:3 up.
  • thermoplastic polyurethane polymer according to the invention is a semi-crystalline thermoplastic polyurethane polymer.
  • thermoplastic polyurethane polymer according to the invention has a glass transition point of ⁇ 50° C., preferably in the range between >0° C. and ⁇ 50° C., determined by differential scanning calorimetry according to DIN EN 61006 (November 2004).
  • thermoplastic polyurethane polymer according to the invention has a melting point of >150° C., more preferably between 150° C. and 200° C., determined by differential scanning calorimetry according to DIN EN 61006 (November 2004).
  • thermoplastic polyurethane polymer in the case of the thermoplastic polyurethane polymer according to the invention, between the glass transition point, determined by means of differential scanning calorimetry in accordance with DIN EN 61006 (November 2004), and the melting point, determined by means of differential scanning calorimetry in accordance with DIN EN 61006 (November 2004), the thermoplastic polyurethane at least 100 °C.
  • thermoplastic polyurethane polymer can be produced, for example, in a multi-stage process, in at least one stage at least one prepolymer, preferably a hydroxy-terminated prepolymer, of at least one aliphatic diisocyanate I) having a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol and at least one aliphatic diol II) having a molecular weight of 62 g/mol to 120 g/mol is formed.
  • One or more polyisocyanates III) and/or one or more NCO-reactive compounds IV) can be used as further structural components.
  • Components III) and IV) can be incorporated into the prepolymers, prepolymers can only be produced from them and/or they can be used to link the prepolymers.
  • Components I), II), if appropriate III) and if appropriate IV) are each selected independently of one another.
  • the isocyanate components I) and optionally III) are mixed with the isocyanate-reactive components II) and optionally IV) in a molar ratio of isocyanate component: isocyanate-reactive component in the range from 1.0:0.95 to 0.95:1 ,0 used.
  • a “hydroxy-terminated prepolymer” is a prepolymer mixture in which at least 90% by number of the molecule ends have a hydroxy group and the remaining 10% by number of molecule ends have other hydroxy groups, NCO groups or non-reactive groups have groups.
  • a “non-reactive group” is understood to mean a group which reacts under the reaction conditions according to the invention neither with NCO groups nor with OH groups in a time unit which corresponds to the reaction time according to the invention.
  • a non-reactive group can, for example, be converted from a reactive NCO group or OH group into a non-reactive group by reaction with suitable reaction partners (chain terminators).
  • Suitable chain terminators are all monofunctional compounds which react either with an isocyanate group or with a hydroxyl group under the reaction conditions according to the invention, examples being monoalcohols such as methanol, monoamines such as diethylamine and monoisocyanates such as butyl isocyanate.
  • the hydroxy-terminated prepolymer can have, for example, a hydroxy group at one molecule end and, for example, an alkyl group at the other molecule end or ends. When a hydroxy-terminated prepolymer is mentioned in the context of the present invention, this also always includes a mixture of the at least one hydroxy-terminated prepolymer and a non-reactively terminated prepolymer.
  • it can also be a mixture of non-hydroxy-terminated up to doubly hydroxy-terminated prepolymers. It is preferably predominantly a mixture of dihydroxy-terminated prepolymers. According to the invention, it can be at least a hydroxy-terminated prepolymer can also be a mixture of at least one hydroxy-terminated prepolymer and at least one non-reactively terminated prepolymer.
  • the at least one hydroxy-terminated prepolymer can be formed, for example, from the total amount of the aliphatic diols II) and a first portion of the aliphatic diisocyanates I). In one or more subsequent steps, further subsets of the aliphatic diisocyanates I), i.e. a second, third, etc. subset, can then be added in order to build up further inventive, on average higher molecular weight, hydroxy-terminated prepolymers. Alternatively, the at least one hydroxy-terminated prepolymer can be formed, for example, from a first subset of the aliphatic diols II) and a first subset of the aliphatic diisocyanates I).
  • further amounts of the aliphatic diols II) and the aliphatic diisocyanates I) can then be fed in, in order to build up further, on average, higher molecular weight hydroxy-terminated prepolymers.
  • the reaction can be carried out with or without a catalyst, but a catalyzed reaction is preferred.
  • the catalysts listed above are suitable as catalysts.
  • the reaction can take place without a solvent or in a solution. In solution means that at least one of the reactants is dissolved in a solvent before being added to the other reactant.
  • the reaction is preferably carried out without solvent.
  • the process can still be regarded as solvent-free if the solvent content is up to 1% by weight, preferably up to 0.1% by weight, more preferably up to 0.01% by weight, based on the total weight of the reaction mixture.
  • the temperatures for forming the at least one prepolymer, preferably hydroxy-terminated prepolymer, by the process according to the invention can be selected depending on the compounds used. However, it is preferred here if the reaction is carried out at temperatures from >40° C. to ⁇ 260° C., preferably from > 60° C. to ⁇ 250° C., more preferably from > 100° C. to ⁇ 240° C., particularly preferably from > 120 °C to ⁇ 220 °C. It is tolerated that the product experiences short-term ( ⁇ 60 seconds) deviations in the reaction temperature from the above-mentioned ranges during the reaction.
  • the at least one prepolymer produced in this way can, for example, be reacted with at least one chain extender in at least one further process step to form the thermoplastic polyurethane polymer.
  • Either the total amounts of the two components, ie the produced at least one prepolymer, preferably hydroxy-terminated prepolymer, and the at least one chain extender can be reacted with one another in one process step, or a portion of one component can be reacted with the total amount or a portion of the other Component implemented in several process steps.
  • a chain extender all of the above can mentioned polyisocyanates are used.
  • One or more aliphatic diisocyanates with a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol are preferably used as chain extenders.
  • thermoplastic polyurethane polymer according to the invention is to have, for example, aromatic groups
  • these can be introduced, for example, by using aromatic diisocyanates as chain extenders. It is also possible, for example, to produce aromatic prepolymers and to mix them with the aliphatic prepolymers in order to build up polyurethane polymers according to the invention with aromatic groups.
  • the reaction of components I), II), if appropriate III) and if appropriate IV) can be carried out with or without a catalyst, although a catalyzed reaction is less preferred.
  • the catalysts listed above are suitable as catalysts.
  • the reaction can take place without a solvent or in a solution. In solution means that at least one of the reactants is dissolved in a solvent before being added to the other reactant.
  • the reaction is preferably carried out without solvent.
  • the process can still be regarded as solvent-free if the solvent content is up to 1% by weight, preferably up to 0.1% by weight, more preferably up to 0.01% by weight, based on the total weight of the reaction mixture.
  • the temperatures for forming the thermoplastic polyurethane polymer according to the invention by reacting the at least one prepolymer, preferably hydroxy-terminated prepolymer, with the at least one chain extender in the process according to the invention can be selected depending on the compounds used. However, it is preferred here if the reaction is carried out at temperatures from >60° C. to ⁇ 260° C., preferably from >80° C. to ⁇ 250° C., particularly preferably from >100° C. to ⁇ 245° C. and very particularly preferably from > 120 °C to ⁇ 240 °C. It is tolerated that the product experiences short-term ( ⁇ 60 seconds) deviations in the reaction temperature from the above-mentioned ranges during the reaction.
  • the reaction is preferably carried out in a temperature range from 30 K below to 150 K above the melting point, preferably from 15 K below to 100 K above, particularly preferably from 10 K below to 70 K above the melting point of the at least one prepolymer, preferably hydroxy-terminated prepolymer, or of the thermoplastic polyurethane.
  • thermoplastic polyurethane polymer of this invention can be carried out in a single apparatus or in a plurality of apparatus.
  • the production of the prepolymer, preferably hydroxy terminated prepolymer are first carried out in a first apparatus (eg loop reactor or coolable mixer) and then the reaction mixture is transferred to another apparatus (eg extruder or other high-viscosity reactors) in order to produce the thermoplastic polyurethane polymer according to the invention.
  • a first apparatus eg loop reactor or coolable mixer
  • another apparatus eg extruder or other high-viscosity reactors
  • the at least one aliphatic diol II) and the at least one aliphatic diisocyanate I) are reacted in at least one static mixer, dynamic mixer or mixer-heat exchanger to give the at least one hydroxy-terminated prepolymer.
  • the at least one aliphatic diol II) and the at least one aliphatic diisocyanate I) are reacted in a loop reactor (also called loop reactor) to form at least one hydroxy-terminated prepolymer.
  • thermoplastic polyurethane polymer In order to react the at least one prepolymer, preferably hydroxy-terminated prepolymer, with the at least one chain extender to form the thermoplastic polyurethane polymer, it is necessary to adjust the process according to the invention to the exponential increase in viscosity in this phase. This is achieved by preferably using apparatus in which the reaction product is actively moved with mechanical energy. Apparatuses are particularly preferred in which the material surfaces mutually clean - except for clearances.
  • Such apparatuses are, for example, co-rotating multi-screw extruders such as twin or four-screw extruders or ring extruders, counter-rotating multi-screw extruders, co-kneaders or planetary roller extruders and rotor-stator systems.
  • Other suitable apparatuses are single- or twin-screw high-volume kneaders.
  • the twin-shaft, large-volume kneaders can be co-rotating or counter-rotating.
  • kneaders examples include CRP (List Technology AG), Reacom (Buss-SMS-Canzler GmbH), Reasil (Buss-SMS-Canzler GmbH), KRC kneader (Kurimoto, Ltd).
  • at least one such apparatus is combined with at least one static mixer, dynamic mixer, loop reactor or mixer-heat exchanger, with the static mixer, dynamic mixer, loop reactor or mixer-heat exchanger consisting of the at least one aliphatic diol II) and the at least an aliphatic diisocyanate I) producing at least one prepolymer, preferably a hydroxy-terminated prepolymer.
  • the temperature of the mixture is reduced by suitable measures in a temperature range from 30 K below to 150 K above the melting point, preferably from 15 K below to 100 K above, particularly preferably from 10 K below to 70 K is kept above the melting point of the component melting at the highest temperature or of the reaction product of the components melting at the highest temperature.
  • the residence time in the static mixer, dynamic mixer, loop reactor or mixer-heat exchanger is preferably so short that the increase in viscosity (caused by the polyaddition reaction of the reactive components with one another) does not become one
  • Blockage of the static mixer, dynamic mixer, loop reactor or mixer heat exchanger leads or a pressure build-up is limited to ⁇ 50 bar, preferably ⁇ 30 bar, particularly preferably ⁇ 20 bar and very particularly preferably ⁇ 10 bar, and the resulting mixture is fed to an apparatus , which corresponds to the list above.
  • reaction of the at least one prepolymer, preferably hydroxy-terminated prepolymer, with the at least one chain extender takes place in an extruder.
  • thermoplastic polyurethane polymer according to the invention takes place in a combination of a loop reactor and an extruder.
  • thermoplastic polyurethane polymer according to the invention is produced in a combination of a static mixer, dynamic mixer, loop reactor or mixer-heat exchanger with a heated conveyor belt.
  • thermoplastic polyurethane polymer Following the conversion to the thermoplastic polyurethane polymer, this is brought into a commercial form, typically granules.
  • the thermoplastic polyurethane polymer is in the molten state, is crushed in the melt state and solidified by cooling, or first solidified by cooling and then comminuted. This can be done, for example, using the methods of strand pelletizing, underwater strand pelletizing, water ring pelletizing and underwater pelletizing known to those skilled in the art.
  • the cooling is preferably carried out with water; cooling with air or other media is also possible.
  • thermoplastic polyurethane polymer according to the invention After reaction on a belt reactor, the thermoplastic polyurethane polymer according to the invention can also be cooled, broken up and ground.
  • thermoplastic polyurethane polymer obtained in this way can be mixed in a solids mixing process and melted in a further extruder and granulated again. This is particularly preferred when the thermoplastic polyurethane polymer according to the invention is cooled and ground after the belt reactor, because this process also homogenizes the product form.
  • the production process according to the invention can be carried out continuously or discontinuously, i.e. as a batch process or semi-batch process.
  • organic diols, diamines and polyisocyanates can be used as chain extenders.
  • NCO-terminated prepolymers are suitable for example organic diols and diamines each having a molecular weight of 60 g/mol to 120 g/mol.
  • Preferred chain extenders are aliphatic diols with a molecular weight of 62 g/mol to 120 g/mol, such as 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3- butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,2-ethanediamine and 1,3-propanediamine.
  • 1,4-Butanediol is preferably used as a chain extender to produce the thermoplastic polyurethane polymer.
  • polyisocyanates with a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol for example, polyisocyanates with a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol, preferably aliphatic diisocyanates with a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol, such as 1,4-diisocyanatobutane, 1 ,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane and 2-methyl-1,5-diisocyanatopentane.
  • 1,6-diisocyanatohexane and/or 1,5-diisocyanatopentane is used as a chain extender to produce the thermoplastic polyurethane polymer.
  • Glass fibers are used as component B in the thermoplastic molding composition according to the invention. Mixtures of different glass fibers can also be used.
  • Glass fibers can be used in roving, long fiber, and chopped fiber embodiments. Cut glass fibers are preferably used.
  • the glass fibers are made from M, E, A, S, R or C glass, with E or C glass being more preferred.
  • the diameter of the fibers is preferably 5 to 25 ⁇ m, more preferably 6 to 20 ⁇ m, particularly preferably 7 to 17 ⁇ m.
  • the chopped glass fibers Before compounding, i.e. incorporation into the melt of component A, the chopped glass fibers preferably have a length of 0.5 to 10 mm, more preferably 1 to 8 mm, most preferably 3 mm to 6 mm. After incorporation or after further processing, for example in an injection molding process, the length of the glass fiber may be less than specified here.
  • the glass fibers can have different cross sections. Round, elliptical, oval, octagonal and flat cross-sections are preferred, with round and oval cross-sections being particularly preferred.
  • the glass fibers have a size on the surface.
  • sizings based on epoxides, polyurethanes and silanes and mixtures of these sizings are used.
  • a size based on a silane is used.
  • the size preferably contains
  • X NH 2 -, HO-, or a group according to formula (2) q: an integer from 2 to 10, preferably 3 to 4, r: an integer from 1 to 5, preferably 1 to 2, k: an integer from 1 to 3, preferably 1.
  • adhesion promoters are silane compounds from the group consisting of aminopropyltrimethoxysilane, aminobutyltrimethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane, aminobutyltriethoxysilane and the corresponding silanes which contain a glycidyl group as the X substituent.
  • the silane compounds are preferably used in amounts of 0.05 to 2% by weight, particularly preferably 0.25 to 1.5% by weight and in particular 0.5 to 1% by weight, based on the glass fibers surface coating used.
  • composition can contain other polymer additives or other polymeric components as component C.
  • the additive can be, for example, an additive that is common in the field of thermoplastic technology. Of course, it can also be advantageous to use multiple additives of multiple types.
  • thermoplastics or mixtures of such thermoplastics are suitable as further polymeric components.
  • thermoplastic molding compositions according to the invention are produced from components A, B and optionally C.
  • the thermoplastic molding compositions according to the invention can be produced, for example, by mixing the respective components of the compositions in a known manner and at temperatures of preferably 185° C. to 320° C., particularly preferably at 190° C. to 280° C., in customary units such as internal kneaders, extruders and twin shaft screws, melt compounded and melt extruded. In the context of this application, this process is generally referred to as compounding.
  • Molding compound is thus understood to mean the product that is obtained when components A, B and optionally C are melt-compounded or melt-extruded.
  • the individual components of the compositions can be mixed in a known manner both successively and simultaneously, both at about 20° C. (room temperature) and at a higher temperature. This means that, for example, some of the components can be dosed via the main feed of an extruder and the remaining components can be added later in the compounding process via a side extruder.
  • the invention also relates to a process for producing the molding compositions according to the invention.
  • thermoplastic molding compositions according to the invention can be used for the production of moldings, films and/or fibers of any type.
  • a further object of the invention is therefore a shaped body, a film and/or a fiber, wherein the shaped body, the film or the fiber comprises at least one thermoplastic molding composition according to the invention.
  • These can be produced, for example, by injection molding, extrusion, in particular pipe extrusion, blow molding processes and/or melt spinning.
  • Another form of processing is the production of shaped bodies by deep-drawing from previously produced sheets or foils.
  • Another object of the invention is the use of the molding composition according to the invention for the production of a shaped body, a film or a fiber.
  • thermoplastic polyurethane polymer obtainable by reacting at least the following structural components:
  • thermoplastic polyurethane polymer having a molecular weight of 62 g/mol to 120 g/mol, the structural components used to produce the thermoplastic polyurethane polymer being at least 95% by weight of one or more aliphatic diisocyanates I) and one or more aliphatic Diols II), based on the total mass of the structural components used, consist of the one or more aliphatic diisocyanates I) and the one or more aliphatic diols II) in a molar ratio in the range from 1.0:0.95 to 0.95 : 1.0 are used, characterized in that the ratio M z /M w of the thermoplastic polyurethane polymer ranges from 2.3 to 6, where M z is the centrifuge average molecular weight and M w is the weight average molecular weight, respectively by gel permeation chromatography in hexafluoroisopropanol against polymethyl methacrylate as standard,
  • Molding composition according to embodiment 1 or 2 characterized in that component B is at least one representative selected from the group consisting of continuous fibers (rovings), long glass fibers and chopped glass fibers.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component B is chopped glass fibers.
  • Molding compound according to one of the preceding embodiments characterized in that the glass fibers have a size made from a silane. 6. Molding compound according to one of the preceding embodiments containing 29 to 98% by weight
  • component A 1 to 70% by weight of component B and 0 to 30% by weight of component C.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments containing 49 to 96% by weight of component A, 2 to 50% by weight of component B and 0.1 to 25% by weight of component C.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments containing 59 to 94% by weight of component A, 5 to 40% by weight of component B and 0.2 to 20% by weight of component C.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the ratio M z /M w of component A is in a range from 2.5 to 5.5.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the ratio M z /M w of component A is in a range from 2.5 to 5.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the M z value of component A is in a range from 100,000 g/mol to 900,000 g/mol, determined by gel permeation chromatography in hexafluoroisopropanol against polymethyl methacrylate as standard.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the M z value of component A is in a range from 120,000 g/mol to 760,000 g/mol, determined by gel permeation chromatography in hexafluoroisopropanol against polymethyl methacrylate as standard.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component A consists of at least 96% by weight of one or more aliphatic diisocyanates I) and one or more aliphatic diols II), based on the total mass of the polyurethane polymer.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component A consists of at least 99.9% by weight of one or more aliphatic Diisocyanates I) and one or more aliphatic diols II), based on the total mass of the polyurethane polymer.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the one or more aliphatic diisocyanates I) are selected from the group consisting of 1,4-diisocyanatobutane, 1,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane, 2-methyl - 1,5-diisocyanatopentane and/or mixtures of at least two thereof, preferably 1,5-diisocyanatopentane and/or 1,6-diisocyanatohexane.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the one or more aliphatic diisocyanates I) are selected from the group consisting of 1,5-diisocyanatopentane and/or 1,6-diisocyanatohexane.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the one or more aliphatic diisocyanate I) is 1,6-diisocyanatohexane.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the one or more aliphatic diols II) are selected from the group consisting of 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2 -Butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol and/or mixtures of at least two thereof, preferably 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1, 6-hexanediol and/or mixtures of at least two thereof, particularly preferably 1,4-butanediol.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the one or more aliphatic diols II) are selected from the group consisting of 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol and/or mixtures of at least two of these, particularly preferably 1,4-butanediol.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the one or more aliphatic diol II) is 1,4-butanediol.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component A has a urethane group content of 40% by weight to 60% by weight, preferably from 40% by weight to 52% by weight, based on the total weight of the thermoplastic polyurethane polymer. 22. Molding composition according to one of the preceding embodiments, characterized in that component A has a urethane group content of 40% by weight to 52% by weight, based on the total weight of the thermoplastic polyurethane polymer.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component A has a weight percent ratio of O to N determined by elemental analysis of >1.5: 1 to ⁇ 2.6: 1 and a weight ratio of N to C determined by elemental analysis from >1:10 to ⁇ 1:3.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component A is a semi-crystalline thermoplastic polyurethane polymer.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component A has a glass transition point of ⁇ 50 °C, preferably in the range between >0 °C and ⁇ 50 °C, determined using differential scanning calorimetry in accordance with DIN EN 61006 (November 2004).
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component A has a melting point of >150° C., preferably in the range between 150° C. and 200° C., determined using differential scanning calorimetry in accordance with DIN EN 61006 (November 2004) .
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that between the glass transition point, determined with differential scanning calorimetry according to DIN EN 61006 (November 2004), and the melting point, determined with differential scanning calorimetry according to DIN EN 61006 (November 2004), the Store component A at least 100°C.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that the structural components used to produce component A consist of 95% by weight to 99.9% by weight of one or more aliphatic diisocyanates I) and one or more aliphatic diols II ) and 0.1% by weight to 5% by weight of one or more polyisocyanates III) and/or one or more NCO-reactive compounds IV), based on the total mass of the structural components used.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component A is obtained or can be obtained by reacting one or more aliphatic diisocyanates having a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol and one or more aliphatic diols a molecular weight of 62 g/mol to 120 g/mol and with at least one chain extender, in a first step at least one or more aliphatic diisocyanates A) having a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol with one or more aliphatic diols B) having a molecular weight of 62 g/mol to 120 g /mol are reacted to form at least one prepolymer, preferably to form at least one hydroxy-terminated prepolymer, and the at least one prepolymer obtained in the first step is reacted with at least one chain extender to form the thermoplastic polyurethane polymer in a second step, with the structural components
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments characterized in that component A is obtained or can be obtained by reacting one or more aliphatic diisocyanates A) having a molecular weight of 140 g/mol to 170 g/mol and one or more aliphatic diols B) with a molecular weight of 62 g/mol to 120 g/mol, optionally in the presence of at least one catalyst and/or auxiliaries and additives, with at least 95% by weight of the structural components used to produce the thermoplastic polyurethane polymer one or more aliphatic diisocyanates A) and one or more aliphatic diols B), based on the total mass of the structural components used, the one or more aliphatic polyisocyanates and the one or more aliphatic polyols in a molar ratio in the range of 1, 0:0.95 to 0.95:1.0 are used in a process comprising di the following steps:
  • thermoplastic polyurethane (G) Reacting the prepolymer stream (E) with the isocyanate feed stream (F) in the extruder (18) to obtain the thermoplastic polyurethane (G) as an extrudate, characterized in that the ratio M z /M w of the thermoplastic polyurethane polymer is in a range of 2.3 to 6, where M z is the centrifuge average molecular weight and M w is the mass average molecular weight, each determined by gel permeation chromatography in hexafluoroisopropanol against polymethyl methacrylate as a standard.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments consisting of at least 90% by weight of components A, B and C.
  • Molding composition according to one of the preceding embodiments consisting of components A, B and C.
  • Figure 1 Preferred embodiment of a structure for carrying out a two-stage continuous production of a thermoplastic polyurethane according to the invention, by reaction sequence in a loop reactor and extruder.
  • RT room temperature
  • HDI 1,6-hexamethylene diisocyanate
  • 1,4-Butanediol (BDO, purity >99% by weight) was purchased from Ashland.
  • Hexafluoroisopropanol was purchased from flurochem in a purity of 99.9% by weight.
  • Degassing Degasser PSS (Polymer Standards Service GmbH)
  • DSC Differential scanning calorimetry
  • a 1,6-hexamethylene diisocyanate stream A was conveyed to a static mixer 7 using a ring gear pump 2 (HNP, MZR 7255).
  • the throughput of the 1,6-hexamethylene diisocyanate stream A was measured using a mass flow meter 3 (from Bronkhorst, Mini Cori-Flow MIX, maximum flow rate 12 kg/h).
  • a 1,4-butanediol stream B was conveyed to the static mixer 7 using a gerotor pump 5 (HNP, MZR 7205).
  • the throughput of the 1,4-butanediol stream was measured using a mass flow meter 6 (Bronkhorst, Mini Cori-Flow MIX, maximum flow rate 8 kg/h).
  • the temperature of the 1,6-hexamethylene diisocyanate was room temperature.
  • the temperature of the 1,4-butanediol was 40°C.
  • the temperature of stream D was 182°C.
  • the mixed stream H was fed into a temperature-controlled static mixer 9 . Most of the reaction took place there and the resulting heat of reaction was dissipated.
  • the temperature-controlled static mixer 9 was constructed similarly to a Sulzer SMR reactor with internal, crossed tubes. It had an internal volume of 1.9 liters, a Heat exchange area of 0.44 square meters. It was heated/cooled with thermal oil. The heating medium temperature at the inlet was 180 °C.
  • the stream E was split into two partial streams F and G at a branch 11 .
  • the pressure of partial flow F was increased at a gear pump 10 . After the pump, partial flow F became the above-mentioned partial flow D.
  • the gear pump 10 (Witte Chem 25.6-3) had a volume per revolution of 25.6 cubic centimeters and a speed of 50 per minute.
  • the entire circuit consisted of double-walled pipelines and apparatus heated with thermal oil.
  • the heating medium temperature was 182 °C.
  • the flow G was routed past a three-way valve 13 downstream of the pressure-retaining valve 12 . There it could be driven onto a waste container 14, an open 60 liter metal drum with suction, when starting and stopping or in the event of malfunctions. In regular operation, the stream G was directed to an extruder 18.
  • a 1,6-hexamethylene diisocyanate stream J was removed from the 1,6-hexamethylene diisocyanate receiver 1 using a micro annular gear pump 15 (MZR 6355 from HNP).
  • MZR 6355 from HNP
  • the throughput of the 1,6-hexamethylene diisocyanate stream J was measured using a mass flow meter 16 (from Bronkhorst, Mini Cori-Flow, MIX, maximum flow rate 2 kg/h).
  • the temperature of the 1,6-hexamethylene diisocyanate stream J was also room temperature. This stream was also directed to the extruder 18.
  • the extruder 18 was a ZSK 26 MC from Coperion, which was operated at temperatures of 200° C. and a speed of 66 revolutions per minute.
  • stream G was freed from any inert gases and possible volatile reaction products entrained with streams A and B via a vent 17, which was operated at a vacuum of about 1 mbar relative to ambient pressure.
  • the 1,6-hexamethylene diisocyanate stream J was added and the reaction to form the polymer was carried out.
  • the resulting polymer stream was freed from volatile components via a devolatilization 19 .
  • the pressure in this degassing was 200 mbar below ambient pressure.
  • the polymer stream K was pressed out through two nozzles, cooled in a water bath 20 filled with deionized water (DI water) and cut up by a granulator 21 into granules.
  • DI water deionized water
  • Component A2 has a glass transition temperature Tg of 34°C and a melting temperature Tm of 183°C.
  • Component A2 has a urethane group content of 48% according to the calculation presented above.
  • the melt was stirred for a further 5 minutes. It was then poured into an aluminum mold while hot.
  • LicowaxTM E (Clariant) as a mold release agent
  • polymer granules from component A1 and from Comparative Examples 1 and 2 were melted in a “Micro Compounder Model 2005” from DSM Xplore.
  • the processing temperature was set at 195°C at 100 rpm.
  • the melt was transferred to the "Micro 10Cc Injection Molding Machine" from DSM Xplore.
  • the injection mold was heated to 100 °C.
  • the injection molding pressure was set at 6 bar (10 seconds).
  • the holding pressure was 9 bar (10 seconds).
  • the injection-moulded bending bars were demolded manually after 20 seconds.
  • the flexural modulus was determined on the test specimens described above by means of a slow three-point bending test at room temperature in accordance with DIN EN ISO 178 (September 2013), carried out using an Instron 5566 universal testing machine at a speed of 5 mm/minute and a fin radius of 5 mm and a support distance of 64 mm.
  • Table 2 contains data for molding compositions containing only component Al and for Comparative Examples 1 and 2. As can be seen from the data, there is an increased flexural modulus when M z /M w is in the range according to the invention. It can thus be seen that this part of the object on which the invention is based is achieved by molding compositions having this feature.
  • Table 2 Properties of the thermoplastic polyurethanes without component B or C
  • the components were mixed on a Werner & Pfleiderer ZSK-25 twin-screw extruder at a melt temperature of 200.degree.
  • the moldings were produced at a melt temperature of 200° C. and a mold temperature of 60° C. on an Arburg 270 E injection molding machine.
  • the tensile modulus and tensile strength were determined according to ISO 527 (1996 version) at room temperature.
  • the heat deflection temperature (HDT) was measured according to ISO 75-2 (2013) method A (1.8 MPa) or method B (0.45 MPa) in silicone oil M50 on a flat bar measuring 80 mm x 10 mm x 4 mm with an outer fiber elongation of 0.20% with a span of 64 mm in the flat edge position.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine thermoplastische Formmasse enthaltend A) mindestens ein thermoplastisches Polyurethanpolymer erhältlich durch die Umsetzung von mindestens folgenden Aufbaukomponenten : I) einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und II) einem oder mehreren aliphatischen Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Diisocyanate I) und die einen oder mehreren aliphatischen Diole II) in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (a) des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 liegt, wobei (b) das Zentrifugenmittel der Molmasse und (c) das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard B) Glasfasern, sowie die Verwendung der Formmasse zur Herstellung von Formkörpem und die Formkörper selbst.

Description

Thermoplastische Formmasse mit guten thermischen und mechanischen Eigenschaften
Die Erfindung betrifft ein eine thermoplastische Formmasse enthaltend ein thermoplastisches Polyurethan und eine Glasfaser, die Verwendung der Formmasse zur Herstellung von Formkörpem sowie die Formkörper selbst.
Polyurethane und insbesondere thermoplastische Polyurethane werden aufgrund ihrer hervorragenden physikalischen Eigenschaften seit Jahren für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke verwendet. In manchen Anwendungsbereichen allerdings werden andere Kunststoffe, wie beispielsweise Polyamid-Kunststoffe, verwendet, weil keine Polyurethane mit geeigneten physikalischen Eigenschaften verfügbar sind oder diese nur schwer bereitgestellt werden können.
Polyurethane, die aus kurzkettigen aliphatischen Diolen und kurzkettigen aliphatischen Isocyanaten sowie Polyisocyanaten aufgebaut sind, weisen vergleichbare oder bessere Eigenschaften zu den Polyamid-Kunststoffen auf, beispielsweise bezüglich der Lackierbarkeit des Kunststoffs.
Für solche Polyurethane sind verschiedene Herstellungsverfahren bekannt.
O. Bayer (Angew. Chem. 1947, 59, 257-288) offenbart die Herstellung von Polyurethanen aus aliphatischen Diisocyanaten und aliphatischen Diolen im Batch-Verfahren, insbesondere ein Polyurethan aus 1,6-Hexamethylendiisocyanat und 1,4-Butandiol (Perlon U, Igamid U), welches als feines, sandiges Pulver aus einer Fällungspolymerisation in Dichlorbenzol erhalten wird.
DE728981 offenbart die Herstellung von Polyurethanen und Polyhamstoffen in einem lösungsmittelhaltigen oder lösungsmittelfreien Batch-Verfahren.
V. V. Korshak (Soviet Plastics 1961, 7, 12-15) offenbart ein Semi-Batch-Laborverfahren zur Herstellung eines Polyurethans aus 1,6-Hexamethylendiisocyanat und 1,4-Butandiol. Hierzu wird 1,6-Hexamethylendiisocyanat tropfenweise in erhitztes 1,4-Butandiol eingetragen, was zu einem spröden Additionsprodukt führt.
Allerdings erweisen sich die vielfältigen Reaktionsmöglichkeiten der Isocyanate als nachteilig für die Herstellung von thermoplastischen Polyurethanen. Durch die Polyadditionsreaktion zwischen Isocyanat- und Hydroxygruppen entstehen erst bei sehr hohen Umsatzgraden Molekulargewichte, die gute mechanische Eigenschaften erwarten lassen. Bei hohen Umsatzgraden steigt aber auch die Neigung zu Nebenreaktionen, wie zum Beispiel der Bildung von Allophanat-, Biuret- oder Isocyanuratgruppen, die Verzweigungspunkte in der Polymerstruktur darstellen und dadurch den thermoplastischen Charakter reduzieren oder im Extremfall sogar Duromere ergeben (G. Oertel, Kunststoff-Handbuch, Bd. 7, 3. Aufl., 1993, S.12ff). Daher sind die konkrete Molekülstruktur und auch die Molmassenverteilung vom Herstellverfahren abhängig. Diese Abhängigkeit wirkt sich in der Folge auch auf die mechanischen Eigenschaften der thermoplastischen Polyurethane aus.
Thermoplastische Polyurethane basierend auf kurzkettigen aliphatischen Diolen und kurzkettigen aliphatischen Polyisocyanaten weisen eine im Vergleich zu anderen Thermoplasten eher niedrige Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur auf. Das ist einerseits für die Verarbeitung zu Formkörpem günstig, weil somit keine besonders hohen Temperaturen zum Aufschmelzen nötig sind.
Andererseits ist dies für einige Anwendungen auch nachteilig und die Wärmeformbeständigkeit nicht mehr ausreichend. Zudem sind für Bauteile mit höheren Anforderungen an mechanische Eigenschaften die Steifigkeit, Festigkeit und Zähigkeit noch verbesserungswürdig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine thermoplastische Formmasse enthaltend ein thermoplastisches Polyurethan bereitzustellen, die sich durch verbesserte thermische und mechanische Eigenschaften auszeichnet. Insbesondere war es die Aufgabe, eine thermoplastische Formmasse enthaltend ein thermoplastisches Polyurethan bereitzustellen, die eine höhere Wärmeformbeständigkeit (nach HDT A und B), eine höheres E-Modul und eine höhere Zugfestigkeit (gemessen im Zugversuch) aufweist. Weiterhin war es wünschenswert, dass Formkörper hergestellt aus den thermoplastischen Formmassen ein hohes Biegemodul aufweisen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine thermoplastische Formmasse enthaltend
A) mindestens ein thermoplastisches Polyurethanpolymer erhältlich durch die Umsetzung von mindestens folgenden Aufbaukomponenten:
I) einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und
II) einem oder mehreren aliphatischen Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Diisocyanate I) und die einen oder mehreren aliphatischen Diole II) in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 hegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard
B) Glasfasern, die gewünschten Eigenschaften aufweist.
Optional enthält die Formmasse neben den Komponenten A und B Polymeradditive und/oder weitere polymere Komponenten als Komponente C.
Die Formmasse enthält bevorzugt 29 bis 98 Gew.-% der Komponente A, 1 bis 70 Gew.-% der Komponente B und 0 bis 30 Gew.-% der Komponente C, weiter bevorzugt 49 bis 96 Gew.-% der Komponenten A, 2 bis 50 Gew.-% der Komponente B und 0,1 bis 25 Gew.-% der Komponente C, besonders bevorzugt weiter bevorzugt 59 bis 94 Gew.-% der Komponente A, 5 bis 40 Gew.-% der Komponente B und 0,2 bis 20 Gew.-% der Komponente C.
In einer bevorzugten Ausfiihrungsform bestehend die Zusammensetzungen zu 80 Gew.-%, weiter bevorzugt zu 90 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 95 Gew.-% und am meisten bevorzugt zu 100 Gew.-% aus den Komponenten A, B und C.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, Formkörper enthaltend die thermoplastische Formmasse bereitzustellen.
Komponente A
Bei der Komponente A handelt es sich um ein thermoplastisches Polyurethan erhältlich durch die Umsetzung von mindestens folgenden Aufbaukomponenten:
I) einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und
II) einem oder mehreren aliphatischen Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethans eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Diisocyanate I) und die einen oder mehreren aliphatischen Diole II) in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6, bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 5,5, besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 5, liegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmitel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als
Standard.
Die in den erfindungsgemäßen Formmassen eingesetzten thermoplastischen Polyurethane können geringe duroplastische Anteile, wie sie beispielsweise durch Allophanatstrukturelemente, Biuretstrukturelemente oder durch die anteilige Verwendung von Trioien bzw. Triisocyanaten als Monomere entstehen, in der Polymermatrix enthalten, aber nur so viel, dass die thermoplastischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Polyurethane erhalten bleiben. Typischerweise sind dies 0,5- 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5-4 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5-3 Gew.-%, noch bevorzugter 0,5- 2 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 0,5-1 Gew.-% duroplastische Anteile, bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen thermoplastischen Polymers.
Falls nicht explizit anders angegeben beziehen sich alle Prozentangaben auf das Gewicht (Gew.-%). Die Angabe Gew.-% bezieht sich dabei auf das Gesamtgewicht des jeweiligen Systems oder das Gesamtgewicht der jeweiligen Komponente. Zum Beispiel kann ein Copolymer ein bestimmtes Monomer in Gew.-% angegeben enthalten, in diesem Fall würden sich die Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht des Copolymers beziehen.
Das Wort „ein“ im Zusammenhang mit zählbaren Größen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nur dann als Zahlwort zu verstehen, wenn dies ausdrücklich gesagt wird (z. B. durch den Ausdruck „genau ein“). Wenn im Folgenden beispielsweise von „einem Polyol“ gesprochen wird, ist das Wort „ein“ lediglich als unbestimmter Artikel und nicht als Zahlwort aufzufassen, es ist also damit auch eine Ausführungsform umfasst, die ein Gemisch aus mindestens zwei Polyolen enthält.
Unter „aliphatisch“ oder „aliphatischer Rest“ werden im Sinne der Erfindung acyclische gesätigte Kohlenwasserstoffreste verstanden, die verzweigt oder linear sowie vorzugsweise unsubstituiert sind. Diese aliphatischen Kohlenwasserstoffreste enthalten vorzugsweise 2, 3, 4, 5 oder 6 Kohlenstoffatome. Das erfindungsgemäße aliphatische Polyurethan ist aus Polyolen und Polyisocyanaten mit jeweils acyclischen, gesätigten Kohlenwasserstoffgrundkörpern aufgebaut, wie beispielsweise 1,6-Diisocyanatohexan (HDI) und 1,4-Butandiol (BDO).
Das erfindungsgemäße thermoplastische aliphatische Polyurethan besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus unverzweigten, linearen, besonders bevorzugt im Wesentlichen aus unverzweigten, linearen, unsubstituierten, Polymerketen, wobei die Polymerketen keine cycloaliphatischen Gruppen enthalten. „Im Wesentlichen“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass mindestens 95 Mol-%, vorzugsweise mindestens 98 Mol-%, besonders bevorzugt mindestens 99 Mol-% und noch bevorzugter mindestens 99,5 Mol-% der Polymerketen des thermoplastischen aliphatischen Polyurethans aus unverzweigten, linearen .vorzugsweise unverzweigten, linearen, unsubstituierten, Polymerketten besteht, wobei die Polymerketten keine cycloaliphatischen Gruppen enthalten.
Bevorzugt bedeuten erfindungsgemäß die Ausdrücke „umfassend“ oder „enthaltend“, „im Wesentlichen bestehend aus“ und besonders bevorzugt „bestehend aus“.
Falls nicht explizit anders angegeben, werden in der vorliegende Erfindung das Zentrifugenmittel der Molmasse Mz, das Massenmittel der Molmasse Mw und x90 mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) unter Verwendung von Polymethylmethacrylat als Standard bestimmt. Die zu vermessende Probe wird in einer Lösung von 3 g Kaliumtrifluoracetat in 400 Kubikzentimeter Hexafluorisopropanol aufgelöst (Probenkonzentration ca. 2 mg/Kubikzentimeter), dann mit einer Flussrate von 1 Kubikzentimeter/Minute über eine Vorsäule gegeben und anschließend über drei in Reihe geschaltete Chromatographie Säulen getrennt, zuerst über eine 1000 Ä PSS PFG 7 pm Chromatographie säule, dann über eine 300 Ä PSS PFG 7 pm Chromatographiesäule und zuletzt über eine 100 Ä PSS PFG 7 pm Chromatographie säule. Als Detektor wurde ein Brechungsindex-Detektor (RI-Detektor) verwendet.
Das Zentrifugenmittel der Molmasse (Mz) wurde aus den durch die Messung der Gelpermeationschromatographie erhaltenen Daten mit Hilfe der folgenden Gleichung errechnet:
Figure imgf000007_0001
wobei:
M[ die molare Masse der Polymere der Fraktion i ist, so dass M[ < Mi+1 für alle i, in g/mol ist, nt die Stoffmenge des Polymers der Fraktion i, in mol ist.
Das Massenmittel der Molmasse (Mw) wurde ebenfalls aus den durch die Messung der Gelpermeationschromatographie erhaltenen Daten mit Hilfe der folgenden Gleichung errechnet:
Figure imgf000007_0002
wobei:
M[ die molare Masse der Polymere der Fraktion i ist, so dass M[ < Mi+1 für alle i, in g/mol ist, nt die Stoffmenge des Polymers der Fraktion i, in mol ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,5 bis 5,5, vorzugsweise in einem Bereich von 2,5 bis 5. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird das thermoplastische Polyurethanpolymer erhalten oder ist erhältlich durch die Umsetzung von einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und einem oder mehreren aliphatischen Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol und mit mindestens einem Kettenverlängerer, wobei in einem ersten Schritt zumindest ein oder mehrere aliphatische Diisocyanate A) mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol mit ein oder mehreren aliphatischen Diolen B) mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol zu mindestens einem Prepolymer umgesetzt werden, vorzugsweise zu mindestens einem Hydroxy-terminierten Prepolymer, und das im ersten Schritt erhaltende mindestens eine Prepolymer in einem zweiten Schritt mit mindestens einem Kettenverlängerer zum thermoplastischen Polyurethanpolymer umgesetzt wird, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten A) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen B), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Diisocyanate A) und die einen oder mehreren aliphatischen Diole B) in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 liegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform erfolgt die Umsetzung in einem Schleifenreaktor (Loop- Reactor).
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform wird das thermoplastische Polyurethanpolymer erhalten oder ist erhältlich durch die Umsetzung von einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten A), mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und einem oder mehreren aliphatischen Diolen B), mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol, gegebenenfalls in Gegenwart mindestens eines Katalysators und/ oder Hilfs- und Zusatzstoffen, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten A), und einem oder mehreren aliphatischen Diolen B), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Polyisocyanate und die einen oder mehreren aliphatischen Polyole in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden in einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a) Mischen eines Diisocyanatstroms (A) und eines Diolstroms (B) in einer ersten Mischungseinrichtung (7), so dass ein Mischungsstrom (C) erhalten wird, wobei die Massenströme des Diisocyanatstroms (A) und des Diolstroms (B) so eingestellt werden, dass der Isocyanat-Index im Mischungsstrom (C) von 55 bis 85 beträgt, b) Einleiten des Mischungsstroms (C) in einen Kreislaufstrom (D), der in einem Kreislauf geführt wird, wobei die Monomere des Diisocyanatstroms (A) und des Diolstroms (B) im Kreislaufstrom (D) zu OH-funktionellen Prepolymeren weiterreagieren, c) Abteilen eines Teilstroms vom Kreislaufstrom (D) als Prepolymerstrom (E) und Einleiten desselben in einen Extruder (18), d) Einleiten eines Isocyanatzufuhrungsstroms (F) in den Extruder (18) in Extruderarbeitsrichtung stromabwärts der Einleitung des Prepolymerstroms (E), wobei die Einleitung in der Weise erfolgt, dass die im Prepolymerstrom (E) enthaltenen OH- funktionellen Prepolymere und das im Isocyanatzufuhrungsstrom (F) enthaltene Polyisocyanat in einem Isocyanat-Index von 85 bis 120 zueinander stehen, e) Umsetzen des Prepolymerstroms (E) mit dem Isocyanatzufuhrungsstrom (F) in dem Extruder (18) unter Erhalt des thermoplastischen Polyurethans (G) als Extrudat, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 liegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform hegt der Mz-Wert des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 100000 g/mol bis 900000 g/mol, vorzugsweise in einem Bereich von 100000 g/mol bis 850000 g/mol, besonders bevorzugt in einem Bereich von 110000 g/mol bis 800000 g/mol und noch bevorzugter in einem Bereich von 120000 g/mol bis 760000 g/mol, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform besteht das thermoplastische Polyurethanpolymer zu mindestens 96 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 97 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-%, noch bevorzugter zu mindestens 99 Gew.-%, noch mehr bevorzugter zu mindestens 99,5 Gew.-% und am bevorzugtesten zu mindestens 99,9 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse des Polyurethanpolymers.
Als aliphatische Diisocyanate I) eigenen sich alle dem Fachmann bekannten monomeren aliphatischen Diisocyanate, die ein Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol aufweisen. Es ist dabei unerheblich, ob die Diisocyanate mittels Phosgenierung oder nach einem phosgenfreien Verfahren erhalten wurden. Die Diisocyanate und / oder dessen Vorläuferverbindungen können aus fossilen oder biologischen Quellen gewonnen worden sein. Vorzugsweise wird 1,6- Diisocyanatohexan (HDI) aus 1,6-Hexamethylendiamin und 1,5-Diisocyanatopentan aus 1,5- Pentamethylendiamin hergestellt, wobei 1,6-Hexamethylendiamin und 1,5 -Pentamethylendiamin aus biologischen Quellen, vorzugsweise durch bakterielle Fermentation, gewonnen werden. Bevorzugt sind die aliphatischen Diisocyanate zum Aufbau des erfmdungsgemäßen thermoplastischen Polyurethanpolymers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,4- Diisocyanatobutan (BDI), 1,5-Diisocyanatopentan (PDI), 1,6-Diisocyanatohexan (HDI) und 2- Methyl-l,5-diisocyanatopentan oder einer Mischung von mindestens zwei hieraus.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das eine oder sind die mehreren aliphatischen Diisocyanate I) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,4-Diisocyanatobutan, 1,5- Diisocyanatopentan, 1,6-Diisocyanatohexan, 2-Methyl-l,5-diisocyanatopentan und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus. In einer anderen bevorzugten Aufführungsform werden 1,5-Diisocyanatopentan und / oder 1,6-Diisocyanatohexan als aliphatische Diisocyanate I) eingesetzt. In einer weiteren bevorzugten Aufführungsform wird nur 1,6-Diisocyanatohexan als aliphatisches Diisocyanat I) eingesetzt.
Als aliphatische Diole II) eignen sich alle dem Fachmann bekannten organische Diole die ein Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol aufweisen. Die Diole und / oder dessen Vorläuferverbindungen können aus fossilen oder biologischen Quellen gewonnen worden sein. Bevorzugt sind die aliphatischen Diole zum Aufbau des erfmdungsgemäßen thermoplastischen Polyurethanpolymers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,2-Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3- Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,2-Pentandiol, 1,3-Pentandiol, 1,4- Pentandiol, 1,5-Pentandiol, 1,2-Hexandiol, 1,3-Hexandiol, 1,4-Hexandiol, 1,5-Hexandiol und 1,6- Hexandiol oder einer Mischung aus mindestens zwei hieraus.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das eine oder sind die mehreren aliphatischen Diole II) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 1,2-Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2- Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus. In einer weiteren bevorzugten Auffuhrungsform werden 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus als aliphatische Diole II) eingesetzt. In einer weiteren bevorzugten Auffuhrungsform werden 1,4-Butandiol und / oder 1,6-Hexandiol als aliphatische Diole II) eingesetzt. In einer anderen bevorzugten Aufführungsform wird nur 1,4-Butandiol als aliphatisches Diol eingesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das thermoplastische Polyurethanpolymer erhältlich durch die Umsetzung von mindestens folgenden Aufbaukomponenten: I) einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,4- Diisocyanatobutan, 1,5-Diisocyanatopentan, 1,6-Diisocyanatohexan, 2-Methyl-l,5- diisocyanatopentan und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus und
II) einem oder mehreren aliphatischen Diolen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,2- Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5- Pentandiol, 1,6-Hexandiol oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 98 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 99 Gew.-%, noch bevorzugter zu 99,5 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Diisocyanate I) und die einen oder mehreren aliphatischen Diole II) in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 liegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
Als weitere Aufbaukomponenten zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers können, neben dem mindestens einem oder den mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und dem einem oder den mehreren aliphatischen Diolen II), auch ein oder mehrere Polyisocyanate III) und / oder ein oder mehrere NCO-reaktive Verbindungen IV) eingesetzt werden. Diese weiteren Aufbaukomponenten III) und/oder IV) sind von den Aufbaukomponenten I) und II) unterschiedlich und können in einer Menge von 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform bestehen die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% aus einem oder mehreren Polyisocyanaten III) und / oder einer oder mehreren NCO-reaktive Verbindungen IV), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten. Die Isocyanat-Komponenten I) und gegebenenfalls III) werden mit den Isocyanatreaktiven-Komponenten II) und gegebenenfalls IV) in einem molaren Verhältnis von Isocyanat-Komponente : Isocyanatreaktiver-Komponente im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist das thermoplastische Polyurethanpolymer erhältlich durch die Umsetzung von mindestens folgenden Aufbaukomponenten:
I) einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol,
II) einem oder mehreren aliphatischen Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol, III) einem oder mehreren Polyisocyanaten, und / oder
IV) einer oder mehreren NCO-reaktive Verbindungen, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II) und zu < 5 Gew.-% aus einem oder mehreren Polyisocyanaten III) und / oder einer oder mehreren NCO-reaktive Verbindungen IV) bestehen, bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten.
Als Polyisocyanat III) zum Aufbau des erfindungsgemäßen Polyurethanpolymers eignen sich alle dem Fachmann an sich bekannten aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen oder araliphatischen Di- und Triisocyanate, wobei es unerheblich ist, ob diese mittels Phosgenierung oder nach phosgenfreien Verfahren erhalten wurden. Die Polyisocyanate und / oder dessen Vorläuferverbindungen können aus fossilen oder biologischen Quellen gewonnen worden sein. Daneben können auch die dem Fachmann an sich gut bekannten höhermolekularen Folgeprodukte (Oligo- und Polyisocyanate sowie NCO-Gruppen aufweisende Prepolymere, insbesondere NCO- Gruppen aufweisende Polyurethanprepolymere) monomerer Di- und/oder Triisocyanate mit Urethan-, Harnstoff-, Carbodiimid-, Acylhamstoff-, Isocyanurat-, Allophanat-, Biuret-, Oxadiazintrion-, Uretdion-, Iminooxadiazindionstruktur jeweils einzeln oder in beliebigen Mischungen untereinander eingesetzt werden. Bevorzugt als Polyisocyanat III) sind monomere Diisocyanate die ein Molekulargewicht von > 140 bis < 400 g/mol aufweisen.
Beispiele für geeignete aliphatische Diisocyanate sind 1,4-Diisocyanatobutan (BDI), 1,5- Diisocyanatopentan (PDI), 1,6-Diisocyanatohexan (HDI), 2-Methyl-l,5-diisocyanatopentan, 1,5- Diisocyanato-2,2-dimethylpentan, 2,2,4- bzw. 2,4,4-Trimethyl-l,6-diisocyanatohexan, 1,8- Diisocyanatooctan und 1,10-Diisocyanatodecan.
Beispiele für geeignete cycloaliphatische Diisocyanate sind 1,3- und 1,4-Diisocyanatocyclohexan, l,4-Diisocyanato-3,3,5-trimethylcyclohexan, l,3-Diisocyanato-2-methylcyclohexan, 1,3- Diisocyanato-4-methylcyclohexan, l-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (Isophorondiisocyanat; IPDI), 1-Isocyanato-l -methyl -4(3)-isocyanatomethylcyclohexan, 2,4’- und 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan (H12MDI), 1,3- und 1,4-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan, Bis-(isocyanatomethyl)-norboman (NBDI), 4,4'-Diisocyanato-3,3'-dimethyldicyclohexylmethan, 4,4'-Diisocyanato-3,3',5,5'-tetramethyldicyclohexylmethan, 4,4'-Diisocyanato-l,l'-bi(cyclohexyl), 4,4'-Diisocyanato-3,3'-dimethyl-l,r-bi(cyclohexyl), 4,4'-Diisocyanato-2,2',5,5'-tetra-methyl-l,r- bi(cyclohexyl), 1,8-Diisocyanato-p-menthan, 1,3-Diisocyanato-adamantan und l,3-Dimethyl-5,7- diisocyanatoadamantan.
Beispiele fur geeignete aromatische Diisocyanate sind 2,4- und 2,6-Diisocyanatotoluol (TDI), 2,4'- und 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan (MDI) und 1,5-Diisocyanatonaphthalin. Beispiele für geeignete araliphatische Diisocyanate sind 1,3- und l,4-Bis-(isocyanatomethyl)benzol (Xylylendiisocyanat; XDI), 1,3- und l,4-Bis(l-isocyanato-l-methylethyl)-benzol (TMXDI).
Beispiele für geeignete Triisocyanate sind Triphenylmethan-4,4',4"-triisocyanat oder 4- Isocyanatomethyl- 1 , 8-octandiisocyanat (TIN) .
Weitere ebenfalls geeignete Diisocyanate finden sich darüber hinaus beispielsweise in HOUBEN- WEYL "Methoden der organischen Chemie", Band E20 "Makromolekulare Stoffe", Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 1987, S. 1587-1593 oder in Justus Liebigs Annalen der Chemie Band 562 (1949) S. 75 - 136.
Als NCO-reaktive Verbindung IV) zum Aufbau des erfindungsgemäßen Polyurethanpolymers eignen sich alle dem Fachmann an sich bekannten organischen Verbindungen, die wenigstens zwei isocyanatreaktive (NCO-reaktive) Gruppen aufweisen (NCO-reaktive Verbindung bzw. isocyanatreaktive Verbindung). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden als NCO-reaktive Gruppen insbesondere Hydroxy-, Amino- oder Thiogruppen angesehen. In Sinne der Erfindung kann auch ein Gemisch aus verschiedenen NCO-reaktiven Verbindungen zum Aufbau des mindestens eines weiteren Strukturelementes (S) verwendet werden.
Als NCO-reaktive Verbindung IV) können alle Systeme eingesetzt werden, die im Mittel wenigstens 1,5, bevorzugt 2 bis 3 und noch bevorzugter 2 NCO-reaktive Gruppen aufweisen.
Geeignete isocyanatreaktive Verbindungen sind beispielsweise aliphatische, araliphatische oder cycloaliphatische Diole, organische Triole, Polyester-, Polyether-, Polycarbonat-, Poly(meth)acrylat- , Polyurethanpolyole und Polyamine.
Beispiele für aliphatische, araliphatische oder cycloaliphatische Diole sind 1,2-Ethandiol, 1,2- Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6- Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,11-Undecandiol, 1,12- Dodecandiol, 1,3-Cyclobutandiol, 1,3-Cyclopentandiol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Cyclohexandiol, 1,4- Cyclohexandimethanol, 2-Cyclohexen-l,4-diol, 2-Methyl-l,4-cyclohexandiol, 2 -Ethyl- 1,4- cyclohexandiol, 2,2,4,4-Tetramethyl-l,3-cyclobutandiol, hydriertes Bisphenol A (2,2-Bis(4- hydroxycyclohexyl)propan), 1,3-Cycloheptandiol, 1,4-Cycloheptandiol, 2-Methyl-l,4- cycloheptandiol, 4-Methyl-l,3-cycloheptandiol, 4,4'-(l-Methylethyliden)-biscyclohexanol, 1,3- Cyclooctandiol, 1,4-Cyclooctandiol, 1,5-Cyclooctandiol, 5 -Methyl- 1,4-cyclooctandiol, 5 -Ethyl- 1,4- cyclooctandiol, 5 -Propyl- 1,4-cyclooctandiol, 5 -Butyl- 1,4-cyclooctandiol und 1,2-
Benzoldimethanol .
Beispiele fur organische Triole sind Glycerin und Trimethylolpropan. Vorzugsweise werden aliphatische, araliphatische oder cycloaliphatische Diole mit Molekulargewichten von 62 g/mol bis 250 g/mol eingesetzt.
Geeignete Polyesterpolyole können in bekannter Weise durch Polykondensation von niedermolekularen Polycarbonsäurederivaten, wie beispielsweise Bemsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodekandisäure, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endomethylentetra- hydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Dimerfettsäure, Trimerfettsäure, Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Zitronensäure oder Trimellithsäure, mit niedermolekularen Polyolen, wie beispielsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, Neopentylglykol, Hexandiol, Butandiol, 1,4-Dihydroxycyclohexan, 1,4-Dimethylolcyclohexan, Propylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, 1,4- Hydroxymethylcyclohexan, 2-Methyl-l,3-propandiol, Butantriol-1,2,4, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykol, Dipropylenglykol, Polypropylenglykol, Dibutylenglykol und Polybutylenglykol, oder durch Ring-öffnende Polymerisation cyclischer Carbonsäureester, wie 8-Caprolacton, hergestellt werden. Darüber hinaus lassen sich auch Hydroxycarbonsäurederivate, wie beispielsweise Milchsäure, Zimtsäure oder co-Hydroxycapronsäure zu Polyesterpolyolen polykondensieren. Es können aber auch Polyesterpolyole oleochemischer Herkunft verwendet werden. Derartige Polyesterpolyole können beispielsweise durch vollständige Ringöffhung von epoxidierten Triglyceriden eines wenigstens teilweise olefinisch ungesättigten Fettsäureenthaltenden Fettgemisches mit einem oder mehreren Alkoholen mit 1 bis 12 C-Atomen und durch anschließende partielle Umesterung der Triglycerid-Derivate zu Alkylesterpolyolen mit 1 bis 12 C- Atomen im Alkylrest hergestellt werden.
Geeignete Polyetherpolyole sind in an sich bekannter Weise durch Alkoxylierung von geeigneten Starter-Molekülen unter Basenkatalyse oder Einsatz von Doppelmetallcyanidverbindungen (DMC- Verbindungen) zugänglich. Die Polyetherpolyole sind gegebenenfalls blockweise aufgebaute Polyadditionsprodukte cyclischer Ether an OH- oder NH-fiinktionelle Startermoleküle. Geeignete cyclische Ether sind beispielsweise Styroloxide, Ethylenoxid, Propylenoxid, Tetrahydrofuran, Butylenoxid, Epichlorhydrin, sowie deren beliebige Mischungen. Als Startermoleküle können die oben im Rahmen der Diskussion der Polyesterpolyole genannten mehrwertigen Alkohole einer OH- Funktionalität > 2 sowie primäre oder sekundäre Amine und Aminoalkohole verwendet werden. Geeignete und bevorzugte Polyetherpolyole sind Di-, Tri-, Tetraethylenglykol, und Di-, Tri-, Tetrapropylenglykol .
Geeignete Polycarbonatpolyole sind in an sich bekannter Weise durch Umsetzung von organischen Carbonaten oder Phosgen mit Diolen oder Diol-Mischungen zugänglich. Hierfür geeignete organische Carbonate sind beispielsweise Dimethyl-, Diethyl- und Diphenylcarbonat. Geeignete mehrwertige Alkohole umfassen die oben im Rahmen der Diskussion der Polyesterpolyole genannten mehrwertigen Alkoholen einer OH-Funktionalität > 2. Bevorzugt können 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol und / oder 3-Methylpentandiol eingesetzt werden. Polyesterpolyole können auch zu Polycarbonatpolyolen umgearbeitet werden. Besonders bevorzugt werden bei der Umsetzung der genannten Alkohole zu Polycarbonatpolyolen Dimethyl- oder Diethylcarbonat eingesetzt.
Geeignete Polyacrylatpolyole sind in der Regel Copolymerisate und weisen vorzugsweise massenmittlere Molekulargewichte Mw zwischen 1.000 und 10.000 Dalton auf. Die Herstellung geeigneter Polyacrylatpolyole ist dem Fachmann bekannt. Sie werden durch radikalische Polymerisation von Hydroxylgruppen aufweisenden, olefinisch ungesättigten Monomeren oder durch radikalische Copolymerisation von Hydroxylgruppen aufweisenden, olefinisch ungesättigten Monomeren mit gegebenenfalls anderen olefinisch ungesättigten Monomeren, wie z.B. Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, Isopropylacrylat, Isopropylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, Isobutylacrylat, Isobutylmethacrylat, tert-Butylacrylat, tert- Butylmethacrylat, Amylacrylat, Amyhnethacrylat, Hexylacrylat, Hexylmethacrylat, Ethylhexylacrylat, Ethylhexylmethacrylat, 3,3,5-Trimethyl-hexylacrylat, 3,3,5- Trimethylhexylmethacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat, Laurylacrylat oder Laurylmethacrylat, Cycloalkylacrylate und/oder Cycloalkylmethacrylate, wie Cyclo-pentylacrylat, Cyclopentylmethacrylat, Isobomylacrylat, Isobomyhnethacrylat oder insbesondere Cyclohexylacrylat und/oder Cyclohexylmethacrylat. erhalten. Geeignete Hydroxylgruppen aufweisende, olefinisch ungesättigte Monomere sind insbesondere 2-Hydroxyethylacrylat, 2- Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 2-Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxy- propylacrylat, 3-Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxybutylacrylat, 3-Hydroxybutylmethacrylat sowie insbesondere 4-Hydroxybutylacrylat und/oder 4-Hydroxybutylmethacrylat. Als weitere Monomerbausteine für die Polyacrylatpolyole können vinylaromatische Kohlenwasserstoffe, wie Vinyltoluol, alpha-Methylstyrol oder insbesondere Styrol, Amide oder Nitrile der Acryl- oder Methacrylsäure, Vinylester oder Vinylether, sowie in untergeordneten Mengen insbesondere Acryl- und/oder Methacrylsäure eingesetzt werden.
Geeignete Polyurethanpolyole sind beispielsweise Hydroxy-terminierte Prepolymere, die aus den oben beschrieben Diisocyanaten und Diolen aufgebaut sind. Neben Urethangruppen können die Polyurethanpolyole auch Harnstoff-, Carbodiimid-, Acylhamstoff-, Isocyanurat-, Allophanat-, Biuret-, Oxadiazintrion-, Uretdion-, Iminooxadiazindionstrukturen enthalten. Herstellbar sind die Polyurethanpolyole durch Umsetzung von Diisocyanate mit von Diolen nach dem Fachmann bekannten Herstellungsverfahren.
Beispiele für Polyamine sind Ethylendiamin, 1,2-Diaminopropan, 1,4-Diaminobutan, 2 -Methyl - pentamethylendiamin, 1,6-Diaminohexan, 2,2,4- bzw. 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin, 1,2- Diaminocyclohexan, 1 -Amino-3 ,3 ,5 -trimethyl-5 -aminomethylcyclohexan (Isophorondiamin, IPDA), 4,4’-Diaminodicyclohexyl-methan, Polyasparaginsäureester, wie sie beispielsweise nach dem Verfahren der EP-B 0 403 921 durch Umsetzung von Diaminen mit Fumarsäure- bzw. Maleinsäureestem erhältlich sind oder auch Polyetherpolyamine mit aliphatisch gebundenen primären Aminogruppen.
Die Umsetzung der Aufbaukomponenten I), II), gegebenenfalls III) und / oder gegebenenfalls IV) zur Erzeugung des erfmdungsgemäßen Polyurethanpolymers kann in Gegenwart von einem oder mehreren Katalysatoren stattfmden.
Geeignete Katalysatoren sind die nach dem Stand der Technik bekannten und üblichen tertiären Amine, wie z. B. Triethylamin, Dimethylcyclohexylamin, N-Methylmorpholin, N,N'-Dimethyl- piperazin, 2-(Dimethylaminoethoxy)-ethanol, Diazabicyclo-(2,2,2)-octan und ähnliche, sowie insbesondere organische Metallverbindungen wie Titansäureester, Eisenverbindungen, Zinnverbindungen, z.B. Zinndiacetat, Zinndioctoat, Zinndilaurat oder die Zinndialkylsalze aliphatischer Carbonsäuren wie Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat oder ähnliche. Bevorzugte Katalysatoren sind organische Metallverbindungen, insbesondere Titansäureester, Eisen- und / oder Zinnverbindungen .
Der Katalysator wird in Mengen von 0,001 bis 2,0 Gew.-%, bevorzugt von 0,005 bis 1,0 Gew.-% besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,1 Gew.-% bezogen auf die Diisocyanatkomponente eingesetzt. Der Katalysator kann in Substanz eingesetzt werden oder gelöst in der Diol -Komponente. Ein Vorteil ist hierbei, dass die dann erhaltenen thermoplastischen Polyurethane keine Verunreinigungen durch gegebenenfalls mitverwendete Lösungsmittel für den Katalysator enthalten. Die Zugabe des Katalysators kann dabei in einer oder mehreren Portionen oder auch kontinuierlich, z. B. mit Hilfe einer geeigneten Dosierpumpe, über die gesamte Dauer der Umsetzung erfolgen.
Alternativ können aber auch Mischungen des bzw. der Katalysatoren mit einem Katalysatorlösungsmittel, bevorzugt mit einem organischen Katalysatorlösungsmittel, eingesetzt werden. Der Verdünnungsgrad der Katalysatorlösungen kann dabei innerhalb eines sehr breiten Bereichs frei gewählt werden. Katalytisch wirksam sind Lösungen ab einer Konzentration von 0,001 Gew.-%.
Geeignete Lösungsmittel für den Katalysator sind beispielsweise gegenüber Isocyanatgruppen inerte Lösungsmittel wie z.B. Hexan, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Essigsäureethylester, Essigsäurebutylester, Diethylenglykoldimethylether, Dipropylenglykoldimethylether, Ethylenglykolmonomethyl- oder -ethyletheracetat, Diethylenglykolethyl- und -butyletheracetat, Propylenglykolmonomethyl -etheracetat, 1 -Methoxypropyl -2 -acetat, 3- Methoxy-n-butylacetat, Propylenglykoldiacetat, Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon, Lactone, wie ß-Propiolacton, y-Butyrolacton, s-Caprolacton und 8 -Methylcaprolacton, aber auch Lösungsmittel wie N-Methylpyrrolidon und N-Methylcaprolactam, 1,2-Propylencarbonat, Methylenchlorid, Dimethylsulfoxid, Triethylphosphat oder beliebige Gemische derartiger Lösungsmittel.
Es können aber auch Lösungsmittel für den Katalysator zum Einsatz kommen, die gegenüber Isocyanaten reaktive Gruppen tragen und in das Diisocyanat eingebaut werden können. Beispiele für solche Lösungsmittel sind ein- oder mehrwertige einfache Alkohole, wie z. B. Methanol, Ethanol, n- Propanol, Isopropanol, n-Butanol, n-Hexanol, 2-Ethyl-l-hexanol, Ethylenglykol, Propylenglykol, die isomeren Butandiole, 2-Ethyl-l,3-hexandiol oder Glycerin; Etheralkohole, wie z. B. 1-Methoxy- 2 -propanol, 3-Ethyl-3-hydroxymethyloxetan, Tetrahydrofurfurylalkohol, Ethylengylkol- monomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether,
Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonothylether, Diethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykol, Dipropylenglykol oder auch flüssige höhermolekulare Polyethylenglykole, Polypropylenglykole, gemischte Polyethylen/polypropylenglykole sowie deren Monoalkylether; Esteralkohole, wie z. B. Ethylenglykolmonoacetat, Propylenglykolmonolaurat, Glycerinmono- und diacetat, Glycerinmonobutyrat oder 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol-monoisobutyrat; ungesättigte Alkohole wie z. B. Allylalkohol, 1,1 -Dimethyl -allylalkohol oder Oleinalkohol; araliphatische Alkohole wie z. B. Benzylalkohol; N-monosubstituierte Amide, wie z. B. N-Methylformamid, N- Methylacetamid, Cyanacetamid oder 2-Pyrrolidinon oder beliebige Gemische derartiger Lösungsmittel.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erfmdungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer erhältlich durch die Umsetzung von mindestens folgenden Aufbaukomponenten :
I) einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,4- Diisocyanatobutan, 1,5-Diisocyanatopentan, 1,6-Diisocyanatohexan, 2-Methyl-l,5- diisocyanatopentan und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus,
II) einem oder mehreren aliphatischen Diolen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,2- Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5- Pentandiol, 1,6-Hexandiol oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus,
III) einem oder mehreren monomeren Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 400 g/mol,
IV) einem oder mehreren NCO-reaktiven Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Diolen, araliphatischen Diolen, cycloaliphatischen Diolen, organischen Trioien, Polyesterpolyolen, Polyetherpolyolen, Polycarbonatpolyolen, Poly(meth)acrylatpolyolen, Polyurethanpolyolen, Polyaminen und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu 95 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II) und zu 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.- % aus einem oder mehreren Diisocyanaten III) und / oder einer oder mehreren NCO-reaktive Verbindungen IV), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die Diisocyanat-Komponenten I) und gegebenenfalls III) mit den NCO-reaktiven- Komponenten II) und gegebenenfalls IV) in einem molaren Verhältnis von Diisocyanat-Komponente : NCO-reaktiver-Komponente im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 hegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist das erfmdungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer erhältlich durch die Umsetzung von mindestens folgenden Aufbaukomponenten :
I) 1,6-Diisocyanatohexan und
II) 1,4-Butandiol,
III) einem oder mehreren monomeren Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 400 g/mol,
IV) einem oder mehreren NCO-reaktiven Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen, araliphatischen oder cycloaliphatischen Diolen mit Molekulargewichten von 62 g/mol bis 250 g/mol und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu 95 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% aus 1,6-Diisocyanatohexan I) und 1,4- Butandiol II) und zu 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% aus einem oder mehreren Diisocyanaten III) und / oder einer oder mehreren NCO-reaktive Verbindungen IV), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die Diisocyanat-Komponenten I) und gegebenenfalls III) mit den NCO-reaktiven-Komponenten II) und gegebenenfalls IV) in einem molaren Verhältnis von Diisocyanat-Komponente : NCO-reaktiver-Komponente im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 liegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform weist das erfmdungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer einen Urethangruppengehalt von 40 Gew.-% bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 40 Gew.-% bis 52 Gew.-% auf, bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Polyurethanpolymers auf. In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform weist das erfmdungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer einen Urethangruppengehalt von 44 Gew.- % bis 48 Gew.-%, noch bevorzugter von 44 Gew.-% bis 46 Gew.-% auf, bezogen auf das
Gesamtgewicht des thermoplastischen Polyurethanpolymers auf.
Der Urethangruppengehalt wird bestimmt indem die Masse der (theoretischen) linearen Repetiereinheit wird durch die Masse der Urethanstruktureinheit geteilt wird. Hierbei wird jede Isocyanatgruppe (-NCO) mit einer Alkoholgruppe (-OH) umgesetzt. Der resultierende Wert wird mit 100 multipliziert um einen Wert in % zu erhalten.
Beispielberechnung:
Figure imgf000019_0001
Anzahl der theoretisch vorhandenen Urethangruppen = 2
Resultierende Urethangruppendichte = 48,32
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfmdungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer ein mittels Elementaranalyse bestimmtes Gewichtsprozent-Verhältnis von O zu N von > 1,5: 1 bis < 2,6: 1 und ein mittels Elementaranalyse bestimmtes Gewichtsverhältnis N zu C von > 1: 10 bis < 1:3 auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist das erfmdungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer ein semikristallines thermoplastisches Polyurethanpolymer.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform weist das erfmdungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer einen Glasübergangspunkt von < 50 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen > 0° C und < 50 °C auf, bestimmt mittels Differential Scanning Calorimetry gemäß DIN EN 61006 (November 2004) .
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform weist das erfmdungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer einen Schmelzpunkt von > 150 °C, weiter bevorzugt zwischen 150 °C und 200°C auf, bestimmt mittels Differential Scanning Calorimetry gemäß DIN EN 61006 (November 2004).
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform liegen bei dem erfmdungsgemäßen thermoplastischen Polyurethanpolymer zwischen dem Glasübergangspunkt, bestimmt mittels Differential Scanning Calorimetry gemäß DIN EN 61006 (November 2004), und dem Schmelzpunkt, bestimmt mittels Differential Scanning Calorimetry gemäß DIN EN 61006 (November 2004), des thermoplastischen Polyurethans mindestens 100 °C.
Die Herstellung des thermoplastischen Polyurethanpolymers kann beispielsweise in einem mehrstufigen Verfahren erfolgen, wobei in mindestens einer Stufe mindestens ein Prepolymer, vorzugsweise ein Hydroxy-terminiertes Prepolymer, aus mindestens einem aliphatischen Diisocyanat I) mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und mindestens einem aliphatischen Diol II) mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol gebildet wird. Als weitere Aufbaukomponenten können ein oder mehrere Polyisocyanate III) und / oder ein oder mehrere NCO-reaktive Verbindungen IV) eingesetzt werden. Die Komponenten III) und IV) können dabei in die Prepolymere eingebaut werden, nur aus ihnen Prepolymere erzeugt werden und / oder zur Verknüpfung der Prepolymere verwendet werden. Die Komponenten I), II), gegebenenfalls III) und gegebenenfalls IV) werden jeweils unabhängig voneinander ausgewählt. Die Isocyanat- Komponenten I) und gegebenenfalls III) werden mit den Isocyanatreaktiven-Komponenten II) und gegebenenfalls IV) in einem molaren Verhältnis von Isocyanat-Komponente : Isocyanatreaktiver- Komponente im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem „Hydroxy-terminierten Prepolymer“ ein Prepolymergemisch verstanden, in dem mindestens 90 Anzahl-% der Molekülenden eine Hydroxygruppe aufweisen und die verbleibenden 10 Anzahl-% Molekülenden weitere Hydroxy- Gruppen, NCO-Gruppen oder nicht-reaktive Gruppen aufweisen. Unter einer „nicht-reaktiven Gruppe“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Gruppe verstanden, die unter den erfindungsgemäßen Reaktionsbedingungen weder mit NCO-Gruppen, noch mit OH-Gruppen in einer Zeiteinheit reagiert, die der erfindungsgemäßen Reaktionszeit entspricht. Eine nicht-reaktive Gruppe kann beispielsweise aus einer reaktiven NCO-Gruppe oder OH-Gruppe durch Reaktion mit geeigneten Reaktionspartnem (Kettenabbrecher) in eine nicht-reaktive Gruppe umgewandelt werden. Als Kettenabbrecher eignen sich alle monofimktionellen Verbindungen, die unter den erfindungsgemäßen Reaktionsbedingungen entweder mit einer Isocyanatgruppe oder mit einer Hydroxygruppe reagieren, beispielsweise Mono-Alkohole, wie Methanol, Mono-Amine, wie Diethylamin und Monoisocyanate, wie Butylisocyanat. Das Hydroxy-terminierte Prepolymer kann beispielsweise an einem Molekülende eine Hydroxygruppe aufweisen und an dem oder den anderen Molekülenden beispielsweise eine Alkylgruppe. Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einem Hydroxy-terminierten Prepolymer gesprochen wird, ist hiermit auch immer ein Gemisch aus dem mindestens einen Hydroxy-terminierten Prepolymer und einem nicht-reaktiv terminierten Prepolymer umfasst. Ferner kann es sich aufgrund der Statistik der Reaktion abgesehen von Nebenreaktionen auch um ein Gemisch von nicht Hydroxy-terminierten bis zu zweifach Hydroxy- terminierten Prepolymeren handeln. Vorzugsweise handelt es sich überwiegend um ein Gemisch von zweifach Hydroxy-terminierten Prepolymeren. Erfmdungsgemäß kann es sich bei dem mindestens einen Hydroxy-terminierten Prepolymer auch um ein Gemisch von mindestens einem Hydroxy- terminierten Prepolymer und mindestens einem nicht-reaktiv terminierten Prepolymer handeln.
Das mindestens eine Hydroxy-terminierte Prepolymer kann beispielsweise aus der Gesamtmenge der aliphatischen Diole II) und einer ersten Teilmenge der aliphatischen Diisocyanate I) gebildet werden. In einem oder mehreren darauffolgenden Schritten können dann weitere Teilmengen der aliphatischen Diisocyanate I), d.h. eine zweite, dritte etc. Teilmenge hinzugefugt werden, um weitere erfmdungsgemäße, im Mittel höher molekulare, Hydroxy-terminierte Prepolymere aufzubauen. Alternativ kann das mindestens eine Hydroxy-terminierte Prepolymer beispielsweise aus einer ersten Teilmenge der aliphatischen Diole II) und einer ersten Teilmenge der aliphatischen Diisocyanate I) gebildet werden. In einer oder mehreren darauffolgenden Verfahrensstufen können dann weitere Teilmengen der aliphatischen Diole II) und der aliphatischen Diisocyanate I) zugefuhrt werden, um weitere im Mittel höher molekulare Hydroxy-terminierte Prepolymere aufzubauen.
Die Umsetzung kann mit oder ohne Katalysator durchgefuhrt werden, allerdings ist eine katalysierte Umsetzung bevorzugt. Als Katalysatoren eigenen sich die oben aufgefuhrten Katalysatoren. Die Umsetzung kann Uösungsmittelfrei oder in Uösung erfolgen. In Uösung bedeutet, dass zumindest einer der Reaktionspartner in einem Uösungsmittel gelöst ist, bevor er zu dem anderen Reaktionspartner gegeben wird. Vorzugsweise wird die Umsetzung Uösungsmittelfrei durchgefuhrt. Dabei ist das Verfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung noch als lösungsmittelfrei anzusehen, wenn der Gehalt des Eösungsmittels bis 1 Gew.-%, vorzugsweise bis 0,1 Gew.-%, noch bevorzugter bis 0,01 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Reaktionsmischung beträgt.
Die Temperaturen zur Bildung des mindestens einen Prepolymers, vorzugsweise Hydroxy- terminierten Prepolymers, durch das erfmdungsgemäße Verfahren können in Abhängigkeit von den eingesetzten Verbindungen ausgewählt werden. Bevorzugt ist hierbei jedoch, wenn die Umsetzung bei Temperaturen von > 40 °C bis < 260 °C, vorzugsweise von > 60 °C bis < 250 °C, bevorzugter von > 100 °C bis < 240 °C, besonders bevorzugt von > 120 °C bis < 220 °C durchgefuhrt wird. Dabei wird toleriert, dass das Produkt bei der Umsetzung kurzfristige (< 60 Sekunden) Abweichungen der Reaktionstemperatur von den oben genannten Bereichen erfährt.
Das so erzeugte mindestens eine Prepolymer, vorzugsweise Hydroxy-terminierte Prepolymer, kann beispielsweise in mindestens einer weiteren Verfahrensstufe mit mindestens einem Kettenverlängerer zum thermoplastischen Polyurethanpolymer umgesetzt werden. Dabei können entweder die Gesamtmengen der beiden Komponenten, d.h. des erzeugten mindestens einen Prepolymers, vorzugsweise Hydroxy-terminierten Prepolymers, und des mindestens einen Kettenverlängerers, miteinander in einer Verfahrensstufe umgesetzt werden oder es wird eine Teilmenge der einen Komponenten mit der Gesamtmenge oder einer Teilmenge der anderen Komponente in mehreren Verfahrensstufen umgesetzt. Als Kettenverlängerer können alle oben genannten Polyisocyanate eingesetzt werden. Vorzugsweise werden ein oder mehrere aliphatische Diisocyanate mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol als Kettenverlängerer eingesetzt.
Soll das erfindungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer beispielsweise aromatische Gruppen aufweisen, so können diese beispielsweise durch die Verwendung von aromatischen Diisocyanaten als Kettenverlängerer eingefiihrt werden. Auch ist es beispielsweise möglich, aromatische Prepolymere zu erzeugen und diese mit den aliphatischen Prepolymeren zu mischen um erfindungsgemäße Polyurethanpolymere mit aromatischen Gruppen aufzubauen.
Die Umsetzung der Komponenten I), II), gegebenenfalls III) und gegebenenfalls IV) kann mit oder ohne Katalysator durchgefiihrt werden, allerdings ist eine katalysierte Umsetzung weniger bevorzugt. Als Katalysatoren eigenen sich die oben aufgeführten Katalysatoren. Die Umsetzung kann Uösungsmittelfrei oder in Uösung erfolgen. In Uösung bedeutet, dass zumindest einer der Reaktionspartner in einem Uösungsmittel gelöst ist, bevor er zu dem anderen Reaktionspartner gegeben wird. Vorzugsweise wird die Umsetzung Uösungsmittelfrei durchgefiihrt. Dabei ist das Verfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung noch als lösungsmittelfrei anzusehen, wenn der Gehalt des Eösungsmittels bis 1 Gew.-%, vorzugsweise bis 0,1 Gew.-%, noch bevorzugter bis 0,01 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Reaktionsmischung beträgt.
Die Temperaturen zur Bildung des erfindungsgemäßen thermoplastischen Polyurethanpolymers durch Umsetzung des mindestens einen Prepolymers, vorzugsweise Hydroxy-terminierten Prepolymers, mit dem mindestens einen Kettenverlängerer im erfindungsgemäßen Verfahren können in Abhängigkeit von den eingesetzten Verbindungen ausgewählt werden. Bevorzugt ist hierbei jedoch, wenn die Umsetzung bei Temperaturen von > 60 °C bis < 260 °C, vorzugsweise von > 80 °C bis < 250 °C, besonders bevorzugt von > 100 °C bis < 245 °C und ganz besonders bevorzugt von > 120 °C bis < 240 °C durchgefiihrt wird. Dabei wird toleriert, dass das Produkt bei der Umsetzung kurzfristige (< 60 Sekunden) Abweichungen der Reaktionstemperatur von den oben genannten Bereichen erfährt.
Neigt das mindestens eine Prepolymer, vorzugsweise Hydroxy-terminierte Prepolymer, bzw. das thermoplastische Polyurethanpolymer zur Kristallisation und besitzt es einen Schmelzpunkt, so wird die Reaktion bevorzugt in einem Temperaturbereich von 30 K unterhalb bis 150 K oberhalb des Schmelzpunktes, bevorzugt von 15 K unterhalb bis 100 K oberhalb, besonders bevorzugt von 10 K unterhalb bis 70 K oberhalb des Schmelzpunktes des mindestens einen Prepolymers, vorzugsweise Hydroxy-terminierten Prepolymers, bzw. des thermoplastischen Polyurethans durchgefiihrt.
Die Verfahrensstufen zur Erzeugung des erfindungsgemäßen thermoplastischen Polyurethanpolymers kann in einem einzelnen Apparat oder in einer Vielzahl von Apparaten durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Erzeugung des Prepolymers, vorzugsweise Hydroxy- terminierten Prepolymers, zunächst in einem ersten Apparat (z.B. Loop-Reaktor oder kühlbarer Mischer) durchgeführt werden und dann das Reaktionsgemisch in einen weiteren Apparat (z.B. Extruder oder andere Hochviskosreaktoren) überfuhrt werden, um das erfindungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden das mindestens eine aliphatische Diol II) und das mindestens eine aliphatische Diisocyanat I) in mindestens einem Statikmischer, Dynamikmischer oder Mischer-Wärmeübertrager zum mindestens einen Hydroxy-terminierten Prepolymer umgesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden das mindestens eine aliphatische Diol II) und das mindestens eine aliphatische Diisocyanat I) in einem Loop-Reaktor (auch Schleifenreaktor genannt) zum mindestens einen Hydroxy-terminierten Prepolymer umgesetzt.
Zur Umsetzung des mindestens einen Prepolymers, vorzugsweise Hydroxy-terminierten Prepolymers, mit dem mindestens einen Kettenverlängerer zum thermoplastischen Polyurethanpolymer ist es erforderlich, das erfindungsgemäße Verfahren auf den exponentiellen Viskositätsanstieg in dieser Phase abzustimmen. Dies wird erreicht indem bevorzugt Apparate eingesetzt werden, in denen das Reaktionsprodukt mit mechanischer Energie aktiv bewegt wird. Besonders bevorzugt werden Apparate eingesetzt, bei denen sich die Werkstoffoberflächen gegenseitig - bis auf Spiele - abreinigen. Solche Apparate sind beispielsweise gleichlaufende Mehrwellenextruder wie Doppel- oder Vierwellenextruder oder Ringextruder, gegenläufige Mehrwellenextruder, Ko-Kneter oder Planetwalzenextruder und Rotor-Stator Systeme. Weitere geeignete Apparate sind ein- oder zweiwellige großvolumige Kneter. Die zweiwelligen großvolumigen Kneter können gleich- oder gegenläufige sein. Beispiele für großvolumige Kneter sind beispielsweise CRP (Fa. List Technology AG), Reacom (Buss-SMS-Canzler GmbH), Reasil (Buss-SMS-Canzler GmbH), KRC kneader (Kurimoto, Ltd). In einer bevorzugten Ausführungsform wird mindestens ein solcher Apparat mit mindestens einem Statikmischer, Dynamikmischer, Loop- Reaktor oder Mischer-Wärmeübertrager kombiniert, wobei in dem Statikmischer, Dynamikmischer, Loop-Reaktor oder Mischer-Wärmeübertrager aus dem mindestens einen aliphatisch Diol II) und dem mindestens einen aliphatischen Diisocyanat I) das mindestens eine Prepolymer, vorzugsweise Hydroxy-terminierten Prepolymer, erzeugt wird. Neigt eine der Komponenten der Reaktionsmischung zur Kristallisation, so wird die Temperatur der Mischung durch geeignete Maßnahmen in einem Temperaturbereich von 30 K unterhalb bis 150 K oberhalb des Schmelzpunktes, bevorzugt von 15 K unterhalb bis 100 K oberhalb, besonders bevorzugt von 10 K unterhalb bis 70 K oberhalb des Schmelzpunktes der bei der höchsten Temperatur schmelzenden Komponente beziehungsweise des bei der höchsten Temperatur schmelzenden Reaktionsproduktes der Komponenten gehalten. Dabei ist die Verweilzeit im Statikmischer, Dynamikmischer, Loop- Reaktor oder Mischer-Wärmeübertrager bevorzugt so kurz, dass der Viskositätsanstieg (bedingt durch die Polyadditions-Reaktion der reaktiven Komponenten miteinander) nicht zu einer Verstopfung des Statikmischers, Dynamikmischers, Loop-Reaktors oder Mischer- Wärmeübertragers fuhrt oder ein Druckaufbau auf < 50 bar, bevorzugt < 30 bar, besonders bevorzugt < 20 bar und ganz besonders bevorzugt < 10 bar begrenzt wird, und das entstehende Gemisch einem Apparat zugeführt wird, der der obigen Liste entspricht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform findet die Umsetzung des mindestens einen Prepolymers, vorzugsweise Hydroxy-terminierten Prepolymers, mit dem mindestens einen Kettenverlängerer in einem Extruder statt.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform findet die Herstellung des erfindungsgemäßen thermoplastischen Polyurethanpolymers in einer Kombination eines Loop-Reaktors mit einem Extruder statt.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform findet die Herstellung des erfindungsgemäßen thermoplastischen Polyurethanpolymers in einer Kombination eines Statikmischers, Dynamikmischers, Loop-Reaktors oder Mischer-Wärmeübertragers mit einem beheizten Transportband statt.
Im Anschluss an die Umsetzung zum thermoplastischen Polyurethanpolymer wird dieses in eine Handelsform gebracht, typischerweise Granulat. Nach der Umsetzung in der finalen Verfahrensstufe liegt das thermoplastische Polyurethanpolymer im schmelzeflüssigen Zustand vor, wird im Schmelzezustand zerkleinert und durch Abkühlung zum Erstarren gebracht oder zuerst durch Abkühlen zum Erstarren gebracht und anschließend zerkleinert. Dies kann beispielsweise mit den dem Fachmann bekannten Methoden der Stranggranulierung, der Unterwasser-Stranggranulierung, der Wasserringgranulierung und der Unterwassergranulierung geschehen. Die Abkühlung erfolgt bevorzugt mit Wasser; auch eine Abkühlung mit Luft oder anderen Medien ist möglich.
Nach Umsetzung auf einem Bandreaktor kann das erfindungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer auch abgekühlt, gebrochen und gemahlen werden.
Das so erhaltene erfindungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer kann erfindungsgemäß in einem Feststoffmischprozess gemischt und in einem weiteren Extruder aufgeschmolzen und wieder granuliert werden. Dies ist vor allem dann bevorzugt, wenn erfindungsgemäße thermoplastische Polyurethanpolymer nach dem Bandreaktor gekühlt und gemahlen wird, weil dieser Vorgang auch die Produktform homogenisiert.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich, d.h. als Batch-Verfahren oder Semi-Batch-Verfahren durchgeführt werden.
Als Kettenverlängerer können abhängig vom gebildeten Prepolymer organische Diole, Diamine und Polyisocyanate eingesetzt werden. Im Fall von NCO-terminierten Prepolymeren eignen sich beispielsweise organische Diole und Diamine mit jeweils einem Molekulargewicht von 60 g/mol bis 120 g/mol. Bevorzugt sind als Kettenverlängerer aliphatische Diole mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol, wie beispielsweise 1,2-Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2- Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,2-Ethandiamin und 1,3- Propandiamin. Zur Herstellung des thermoplastischen Polyurethanpolymers wird bevorzugt 1,4- Butandiol als Kettenverlängerer eingesetzt. Im Fall von Hydroxy-terminierten Prepolymeren eigenen sich beispielsweise Polyisocyanate mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol, vorzugsweise aliphatischen Diisocyanate mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol wie beispielsweise 1,4-Diisocyanatobutan, 1,5-Diisocyanatopentan, 1,6-Diisocyanatohexan und 2- Methyl-l,5-diisocyanatopentan. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des zur Herstellung des thermoplastischen Polyurethanpolymers wird 1,6-Diisocyanatohexan und / oder 1,5- Diisocyanatopentan als Kettenverlängerer eingesetzt.
Komponente B
Als Komponente B werden in der erfindungsgemäßen thermoplastischen Formmasse Glasfasern eingesetzt. Es können auch Mischungen verschiedener Glasfasern verwendet werden.
Glasfasern können in den Ausfiihrungsformen Endlosfasem (rovings), Langglasfasem und Schnittglasfasem verwendet werden. Bevorzugt werden Schnittglasfasem eingesetzt.
Die Glasfasern werden aus M-, E-, A-, S-, R- oder C-Glas herstellt, wobei E-, oder C-Glas weiter bevorzugt sind.
Der Durchmesser der Fasern beträgt bevorzugt 5 bis 25 pm, weiter bevorzugt 6 bis 20 pm, besonders bevorzugt 7 bis 17 pm.
Die Schnittglasfasem weisen vor Compoundierung, d.h. Einarbeitung in die Schmelze der Komponente A bevorzugt eine Länge von 0,5 bis 10 mm, weiter bevorzugt von 1 bis 8 mm, am meisten bevorzugt von 3 mm bis 6 mm auf. Nach der Einarbeitung oder nach einer weiteren Verarbeitung zum Beispiel in einem Spritzgussverfahren kann die Länge der Glasfaser kleiner sein als hier angegeben.
Die Glasfasern können unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Bevorzugt sind runde, elliptische, ovale, oktagonale und flache Querschnitte, besonders bevorzugt sind runde und ovale Querschnitte.
In bevorzugter Ausfuhrungsform weisen die Glasfasern eine Schlichte an der Oberfläche auf. Dabei werden beispielsweise Schlichten auf Basis von Epoxiden, Polyurethanen und Silanen sowie Mischungen dieser Schlichten verwendet. In bevorzugter Ausfiihrungsform wird eine Schlichte auf Basis eines Silans verwendet.
Um eine Haftung an die Komponente A zu gewährleisten, enthält die Schlichte in bevorzugter
Ausfiihrungsform einen Haftvermittler auf Silanbasis der allgemeinen Formel (1)
(X-(CH2)q)k-Si-(O-CrH2r+i)4-k (1) in der die Substituenten folgende Bedeutung haben:
X: NH2-, HO-, oder eine Gruppe gemäß Formel (2)
Figure imgf000026_0001
q: eine ganze Zahl von 2 bis 10, bevorzugt 3 bis 4, r: eine ganze Zahl von 1 bis 5, bevorzugt 1 bis 2, k: eine ganze Zahl von 1 bis 3, bevorzugt 1.
Insbesondere bevorzugte Haftvermittler sind Silanverbindungen aus der Gruppe Aminopropyltrimethoxysilan, Aminobutyltrimethoxysilan, Aminopropyltriethoxysilan, Aminobutyltriethoxysilan sowie die entsprechenden Silane, welche als Substituent X eine Glycidylgruppe enthalten. Für die Ausrüstung der Glasfasern werden die Silanverbindungen bevorzugt in Mengen von 0,05 bis 2 Gew.%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1,5 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 1 Gew.-% bezogen auf die Glasfasern zur Oberflächenbeschichtung eingesetzt.
Komponente C
Neben den Komponenten A und B kann die Zusammensetzung als Komponente C weitere Polymeradditive oder weitere polymere Komponenten enthalten.
Bei dem Additiv kann es sich beispielsweise um im Bereich der Thermoplasttechnologie gängige Additive handeln. Selbstverständlich kann es ebenfalls von Vorteil sein, mehrere Additive mehrerer Typen zu verwenden.
Als weitere polymere Komponenten geeignet sind bekannte Thermoplasten oder Mischungen solcher Thermoplaste.
Aus den Komponenten A, B und optional C werden die erfindungsgemäßen thermoplastische Formmassen hergestellt. Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Formmassen können beispielsweise hergestellt werden, indem man die jeweiligen Bestandteile der Zusammensetzungen in bekannter Weise vermischt und bei Temperaturen von bevorzugt 185 °C bis 320 °C, besonders bevorzugt bei 190 °C bis 280 °C in üblichen Aggregaten wie beispielsweise Innenknetem, Extrudern und Doppelwellenschnecken schmelzecompoundiert und schmelzeextrudiert. Dieser Prozess wird im Rahmen dieser Anmeldung allgemein als Compoundieren bezeichnet.
Unter Formmasse wird also das Produkt verstanden, das erhalten wird, wenn die Komponenten A, B und optional C schmelzecompoundiert oder schmelzeextrudiert werden.
Die Vermischung der einzelnen Bestandteile der Zusammensetzungen kann in bekannter Weise sowohl sukzessive als auch simultan erfolgen, und zwar sowohl bei etwa 20°C (Raumtemperatur) als auch bei höherer Temperatur. Das bedeutet, dass beispielsweise manche der Bestandteile über den Haupteinzug eines Extruders dosiert und die restlichen Bestandteile über einen Seitenextruder später im Compoundierverfahren zugeführt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formmassen.
Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Formmassen können zur Herstellung von Formkörpem, Folien und / oder Fasern jeder Art verwendet werden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Formkörper, eine Folie und / oder eine Faser, wobei der Formkörper, die Folie oder die Faser mindestens eine erfindungsgemäße thermoplastische Formmasse umfasst. Diese können beispielsweise durch Spritzguss, Extrusion, insbesondere Rohrextrusion, Blasformverfahren und / oder Schmelzspinnen hergestellt werden. Eine weitere Form der Verarbeitung ist die Herstellung von Formkörpem durch Tiefziehen aus zuvor hergestellten Platten oder Folien.
Es ist auch möglich, die Komponenten A, B, und optional C direkt in eine Spritzgussmaschine oder in ein Extrusionsaggregat zu dosieren und zu Formkörper zu verarbeiten. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Formmasse zur Herstellung eines Formkörpers, einer Folie oder einer Faser.
Insbesondere sind die folgenden Ausfuhrungsformen bevorzugt:
1. Thermoplastische Formmasse enthaltend
A) mindestens ein thermoplastisches Polyurethanpolymer erhältlich durch die Umsetzung von mindestens folgenden Aufbaukomponenten:
I) einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und
II) einem oder mehreren aliphatischen Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Diisocyanate I) und die einen oder mehreren aliphatischen Diole II) in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 liegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard,
B) Glasfasern.
2. Formmasse gemäß Ausfuhrungsform 1, weiterhin optional enthaltend als Komponente C Polymeradditive und/oder weitere polymere Komponenten.
3. Formmasse gemäß Ausfuhrungsform 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente B mindestens ein Vertreter ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Endlosfasem (rovings), Langglasfasem und Schnittglasfasem.
4. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente B um Schnittglasfasem handelt.
5. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern eine Schlichte aus einem Silan aufweisen. 6. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen enthaltend 29 bis 98 Gew.-
% der Komponente A, 1 bis 70 Gew.-% der Komponente B und 0 bis 30 Gew.-% der Komponente C.
7. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen enthaltend 49 bis 96 Gew.- % der Komponente A, 2 bis 50 Gew.-% der Komponente B und 0,1 bis 25 Gew.-% der Komponente C.
8. Formmasse gemäß einerdervorhergehenden Ausfuhrungsformen enthaltend 59 bis 94 Gew.- % der Komponente A, 5 bis 40 Gew.-% der Komponente B und 0,2 bis 20 Gew.-% der Komponente C.
9. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw der Komponente A in einem Bereich von 2,5 bis 5,5 liegt.
10. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw der Komponente A in einem Bereich von 2,5 bis 5 hegt.
11. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Mz-Wert der Komponente A in einem Bereich von 100000 g/mol bis 900000 g/mol liegt, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
12. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Mz-Wert der Komponente A in einem Bereich von 120000 g/mol bis 760000 g/mol liegt, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
13. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A zu mindestens 96 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse des Polyurethanpolymers, besteht.
14. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A zu mindestens 99,9 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse des Polyurethanpolymers, besteht.
15. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren aliphatischen Diisocyanate I) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 1,4-Diisocyanatobutan, 1,5-Diisocyanatopentan, 1,6-Diisocyanatohexan, 2-Methyl- 1,5-diisocyanatopentan und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, vorzugsweise 1,5- Diisocyanatopentan und / oder 1,6-Diisocyanatohexan.
16. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren aliphatischen Diisocyanate I) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 1,5-Diisocyanatopentan und / oder 1,6-Diisocyanatohexan.
17. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren aliphatischen Diisocyanat I) 1,6-Diisocyanatohexan ist.
18. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren aliphatischen Diole II) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 1,2-Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5- Pentandiol, 1,6-Hexandiol und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, vorzugsweise 1,3- Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, besonders bevorzugt 1,4-Butandiol.
19. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren aliphatischen Diole II) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, besonders bevorzugt 1,4-Butandiol.
20. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren aliphatischen Diol II) 1,4-Butandiol ist.
21. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A einen Urethangruppengehalt von 40 Gew.-% bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 40 Gew.-% bis 52 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Polyurethanpolymers, aufweist. 22. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A einen Urethangruppengehalt 40 Gew.-% bis 52 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Polyurethanpolymers, aufweist.
23. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A ein mittels Elementaranalyse bestimmtes Gewichtsprozent-Verhältnis von O zu N von > 1,5: 1 bis < 2,6: 1 und ein mittels Elementaranalyse bestimmtes Gewichtsverhältnis N zu C von > 1: 10 bis < 1:3 aufweist.
24. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A ein semikristallines thermoplastisches Polyurethanpolymer ist.
25. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A einen Glasübergangspunkt von < 50 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen > 0° C und < 50 °C aufweist, bestimmt mit Differential Scanning Calorimetry gemäß DIN EN 61006 (November 2004).
26. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A einen Schmelzpunkt von > 150 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 150°C und 200°C, aufweist bestimmt mit Differential Scanning Calorimetry gemäß DIN EN 61006 (November 2004).
27. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Glasübergangspunkt, bestimmt mit Differential Scanning Calorimetry gemäß DIN EN 61006 (November 2004), und dem Schmelzpunkt, bestimmt mit Differential Scanning Calorimetry gemäß DIN EN 61006 (November 2004), der Komponente A mindestens 100° C hegen.
28. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erzeugung der Komponente A eingesetzten Aufbaukomponenten zu 95 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II) und zu 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% aus einem oder mehreren Polyisocyanaten III) und / oder einer oder mehreren NCO-reaktive Verbindungen IV) bestehen, bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten.
29. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A erhalten wird oder erhältlich ist durch die Umsetzung von einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und einem oder mehreren aliphatischen Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol und mit mindestens einem Kettenverlängerer, wobei in einem ersten Schritt zumindest ein oder mehrere aliphatische Diisocyanate A) mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol mit ein oder mehreren aliphatischen Diolen B) mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol zu mindestens einem Prepolymer umgesetzt werden, vorzugsweise zu mindestens einem Hydroxy- terminierten Prepolymer, und das im ersten Schritt erhaltende mindestens eine Prepolymer in einem zweiten Schritt mit mindestens einem Kettenverlängerer zum thermoplastischen Polyurethanpolymer umgesetzt wird, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten A) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen B), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Diisocyanate A) und die einen oder mehreren aliphatischen Diole B) in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 liegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
30. Formmasse nach Ausführungsform 29, wobei die Umsetzung in einem Schleifenreaktor (Loop- Reactor) erfolgt.
31. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A erhalten wird oder erhältlich ist durch die Umsetzung von einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten A), mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und einem oder mehreren aliphatischen Diolen B), mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol, gegebenenfalls in Gegenwart mindestens eines Katalysators und/ oder Hilfs- und Zusatzstoffen, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten A), und einem oder mehreren aliphatischen Diolen B), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Polyisocyanate und die einen oder mehreren aliphatischen Polyole in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden in einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
Mischen eines Diisocyanatstroms (A) und eines Diolstroms (B) in einer ersten Mischungseinrichtung (7), so dass ein Mischungsstrom (C) erhalten wird, wobei die Massenströme des Diisocyanatstroms (A) und des Diolstroms (B) so eingestellt werden, dass der Isocyanat-Index im Mischungsstrom (C) von 55 bis 85 beträgt, Einleiten des Mischungsstroms (C) in einen Kreislaufstrom (D), der in einem Kreislauf geführt wird, wobei die Monomere des Diisocyanatstroms (A) und des Diolstroms (B) im Kreislaufstrom (D) zu OH-fimktionellen Prepolymeren weiterreagieren,
Abteilen eines Teilstroms vom Kreislaufstrom (D) als Prepolymerstrom (E) und Einleiten desselben in einen Extruder (18),
Einleiten eines Isocyanatzuführungsstroms (F) in den Extruder (18) in Extruderarbeitsrichtung stromabwärts der Einleitung des Prepolymerstroms (E), wobei die Einleitung in der Weise erfolgt, dass die im Prepolymerstrom (E) enthaltenen OH-funktionellen Prepolymere und das im Isocyanatzufuhrungsstrom (F) enthaltene Polyisocyanat in einem Isocyanat- Index von 85 bis 120 zueinander stehen,
Umsetzen des Prepolymerstroms (E) mit dem Isocyanatzufuhrungsstrom (F) in dem Extruder (18) unter Erhalt des thermoplastischen Polyurethans (G) als Extrudat, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 liegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
32. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen bestehend zu mindestens 90 Gew.-% aus den Komponenten A, B und C.
33. Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen bestehend aus den Komponenten A, B und C.
34. Verwendung einer Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen zur Herstellung von Formkörpem.
35. Formkörper enthaltend eine Formmasse gemäß einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen 1 bis 33.
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden, ohne sie jedoch hierauf zu beschränken.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die nachfolgend erläuterte Abbildung und die Beispiele, wobei diese lediglich Anschauungsbeispiele für bestimmte Ausfuhrungsformen darstellen, nicht jedoch eine Beschränkung des Umfangs der Erfindung. Es zeigen im Einzelnen: Abbildung 1: Bevorzugte Ausführungsform eines Aufbaus zur Durchführung einer zweistufigen kontinuierlichen Herstellung eines erfindungsgemäßen thermoplastischen Polyurethans, durch Reaktionsfolge in Schleifenreaktor und Extruder.
Beispiele Herstellung der Komponente A
Alle Prozentangaben beziehen sich, soweit nichts Anderslautendes vermerkt, auf das Gewicht.
Die zur Zeit der Versuchsdurchfuhrung herrschende Umgebungstemperatur von 25 °C wird als RT (Raumtemperatur) bezeichnet.
Verwendete Rohstoffe: 1,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI, Reinheit > 99 Gew.-%) wurde von der Covestro AG bezogen.
1,4-Butandiol (BDO, Reinheit > 99 Gew.-%) wurde von der Firma Ashland bezogen.
Hexafluorisopropanol wurde von der Firma flurochem in einer Reinheit von 99,9 Gew.-% bezogen.
Kaliumtrifluoracetat bezogen von der Firma Aldrich, in einer Reinheit von 98 Gew.-%.
Gelpermeationschromatographie: Die Molmassen der Polymere wurden mit Hilfe einer Gelpermeationschromatographie (GPC) bestimmt. Dazu wurde die zu vermessende Probe in einer Lösung von 3 g Kaliumtrifluoracetat in 400 Kubikzentimeter Hexafluorisopropanol aufgelöst (Probenkonzentration ca. 2 mg/Kubikzentimeter). Die jeweiligen GPCs wurden mit folgenden Komponenten bei einer Flussrate von 1 Kubikzentimeter/Minute gemessen:
Pumpe: HPLC-Pumpe 515 (Waters GmbH)
Detektor: Smartline RI-Detektor 2300 (Knauer Wissenschaftliche Geräte
Säulen: 1 Vorsäule, 1000 Ä PSS PFG 7 pm, 300 Ä PSS PFG 7 pm, 100
Ä PSS PFG 7 pm in der angegebenen Reihenfolge
Entgasung: Degaser PSS (Polymer Standards Service GmbH)
Inj ektionsvolumen : 100 Mikroliter
Temperatur: 23 - 25 °C Molmassen-Standard: Polymethylmethacrylat-Standard-Kit (PSS Polymer Standards
Service GmbH)
Mz und Mw wurden wie oben angegeben berechnet.
Differential Scanning Calorimetry (DSC)
Schmelzpunkte und Glasübergangspunkte wurde mittels DSC (Differential Scanning Calorimetry) mit einem Mettler DSC 12E (Mettler Toledo GmbH, Gießen, DE) entsprechend DIN EN 61006 (November 2004) bestimmt. Eine Kalibrierung erfolgte durch die Temperatur des Schmelz-Onsets von Indium und Blei. Es wurden 10 mg Substanz in Normalkapseln eingewogen. Die Messung erfolgte durch drei Aufheizungen von -50 °C bis +200 °C bei einer Heizrate von 20 K/min mit anschließender Abkühlung mit einer Kühlrate von 20 K/min. Die Kühlung erfolgte durch flüssigen Stickstoff. Als Spülgas wurde Stickstoff verwendet. Die angegebenen Werte basieren jeweils auf der Auswertung der 2. Aufheizkurve.
Herstellung der Komponente A (Abbildung 1):
Aus einer 250 - Liter - Vorlage für 1,6-Hexamethylendiisocyanat 1 wurde mit Hilfe einer Zahnringpumpe 2 (Firma HNP, MZR 7255) ein 1,6-Hexamethylendiisocyanat -Strom A zu einem Statikmischer 7 gefördert. Der Durchsatz des 1,6-Hexamethylendiisocyanat -Stroms A wurde mittels eines Massedurchflussmessers 3 (Firma Bronkhorst, Mini Cori-Flow MIX, max. Durchfluss 12 kg/h) gemessen. Aus einer 250 - Liter - Vorlage für 1,4-Butandiol 4 wurde mit Hilfe einer Zahnringpumpe 5 (Firma HNP, MZR 7205) ein 1,4-Butandiol-Strom B zum Statikmischer 7 gefördert. Der Durchsatz des 1,4-Butandiol-Stroms wurde mittels eines Massedurchflussmessers 6 (Firma Bronkhorst, Mini Cori-Flow MIX, max. Durchfluss 8 kg/h) gemessen. Die Temperatur des 1,6- Hexamethylendiisocyanats betrug dabei Raumtemperatur. Die Temperatur des 1,4-Butandiols betrug 40 °C. In dem Statikmischer 7 (Sulzer SMX, Durchmesser 6 mm, Verhältnis von Länge zu Durchmesser L/D = 10) wurden der 1,6-Hexamethylendiisocyanat-Strom A und der 1,4-Butandiol- Strom B miteinander gemischt. Dies ist der Strom C.
Der gemischte und dispergierte Strom C wird in einem Umlauf mit einem umlaufenden Polymerstrom D in einem Statikmischer 8 (Statikmischer äquivalent zu Sulzer SMX, Innendurchmesser 34 mm, L/D=20) zu einem Strom H gemischt. Die Temperatur des Stromes D betrug 182 °C.
Der gemischte und teilweise schon reagierte Strom H wurde in einen temperierbaren statischen Mischer 9 geführt. Dort lief die Reaktion zum großen Teil ab und die entstehende Reaktionswärme wurde abgeführt. Der temperierbare statische Mischer 9 war ähnlich aufgebaut wie ein Sulzer SMR- Reaktor mit innenhegenden, gekreuzten Rohren. Er hatte ein Innenvolumen von 1,9 Litem, eine Wärmeaustauschfläche von 0,44 Quadratmeter. Er war mit Wärmeträgeröl beheizt/gekühlt. Die Heizmitteltemperatur am Eintritt betrug 180 °C.
Aus dem temperierbaren statischen Mischer 9 trat der Produktstrom als weitgehend ausreagierter Strom E mit einer Temperatur von 183 °C aus. Der Strom E wurde an einer Verzweigung 11 in zwei Teilströme F und G aufgespalten. Der Druck des Teilstrom F wurde an einer Zahnradpumpe 10 erhöht. Der Teilstrom F wurde nach der Pumpe zum oben erwähnten Teilstrom D.
Die Zahnradpumpe 10 (Firma Witte Chem 25,6-3), hatte ein Volumen pro Umdrehung von 25,6 Kubikzentimeter und eine Drehzahl von 50 pro Minute.
Die ganze Umlauf war voll gefällt, und das Polymer zum großen Teil inkompressibel. Daher war der Massenstrom des Stroms G identisch mit dem des Stroms C. Der Strom G bestand aus Oligomer.
Der ganze Umlauf bestand aus doppelwandig ausgeführten Rohrleitungen und Apparaten, die mit Thermoöl beheizt waren. Die Heizmitteltemperatur betrug 182 °C.
Hinter dem Druckhalteventil 12 wurde der Strom G an einem Dreiwegeventil 13 vorbeigeführt. Dort konnte es bei An- und Abfahren oder bei Störungen auf einen Abfallbehälter 14, ein offenes 60- Liter-Metallfass mit Absaugung, gefahren werden. Im regulären Betrieb wurde der Strom G auf einen Extruder 18 geleitet.
Aus der 1,6-Hexamethylendiisocyanat-Vorlage 1 wurde mit Hilfe einer Mikrozahnringpumpe 15 (MZR 6355 der Firma HNP) ein 1,6-Hexamethylendiisocyanat-Strom J entnommen. Der Durchsatz des 1,6-Hexamethylendiisocyanat-Stroms J wurde mittels eines Massedurchflussmessers 16 (Firma Bronkhorst, Mini Cori-Flow, MIX, maximaler Durchfluss 2 kg/h) gemessen. Die Temperatur des 1,6-Hexamethylendiisocyanat-Stroms J betrug ebenfalls Raumtemperatur. Dieser Strom wurde ebenfalls auf den Extruder 18 geleitet.
Der Extruder 18 war eine ZSK 26 MC der Firma Coperion, der bei Temperaturen von 200 °C und einer Drehzahl von 66 Umdrehungen pro Minute betrieben wurden. Auf diesem Extruder wurde der Strom G über eine Entlüftung 17, die bei ca. 1 mbar Unterdrück gegenüber dem Umgebungsdruck betrieben wurde, von eventuell mit den Stoffströmen A und B eingeschleppten Inertgasen und möglichen flüchtigen Reaktionsprodukten befreit. Stromab von der Zugabe des Oligomerstroms G wurde der 1,6-Hexamethylendiisocyanat-Strom J zugegeben und die Reaktion zum Polymer durchgeführt. Vor Ende des Extruders wurde der entstehende Polymerstrom über eine Entgasung 19 noch von flüchtigen Bestandteilen befreit. Der Druck in dieser Entgasung betrug 200 mbar unter Umgebungsdruck. Der Polymerstrom K wurde durch zwei Düsen ausgepresst, in einem mit deionisierten Wasser (VE-Wasser) gefüllten Wasserbad 20 abgekühlt und durch einen Granulator 21 zu Granulat zerschnitten. Tabelle 1 zeigt die Stoffströme, die zur Herstellung der Komponente A verwendet wurden
Beschreibung der verwendeten Extruderkonfiguration:
Wenn in der nachfolgenden Beschreibung von „Elementen“ die Rede ist, so kann es sich um ein oder mehrere Elemente handeln. Dem Fachmann ist klar, dass Extruderelemente bei gleicher Außenkontur die gleiche Aufgabe erfüllen, unabhängig von der Stückelung.
Für Al:
Eine Dosierung mit Entgasung, gefolgt von rückfördemden Elementen mit einer Länge von 12 mm, einer Förderzone von 48 mm mit Elementen einer Steigung von 48 mm, in der das HDI dosiert wurde, gefolgt von einer Knetzone von 144 mm, einer Förderzone von 32 mm mit Elementen der Steigung 16 mm, eine Zone mit 24 mm Länge mit Förderelementen der Steigung 24 mm, einer Knetzone von 24 mm, einer Förderzone von 248 mm mit Elementen von 16 und 24 mm Steigung, eine Zone mit rückfördemden Elementen von 12 mm Länge, eine Zone mit Förderelementen mit einer Länge von 132 mm mit einer Entgasung und einer Zone von 120 mm Länge mit Förderelementen der Steigung 24 mm als Druckaufbauzone vor der Düse.
Für A2:
Eine Oligomer-Dosierung, gefolgt von einem rückfördemden Elemente der Länge 12 mm und der Steigung 24 mm, gefolgt von einer Entgasungszone der Länge 84 mm mit Elementen der Steigung 48 mm und 24 mm, wobei die Länge der Gehäuseöffnung 50 mm betrug, gefolgt von einem rückfördemden Element der Länge 12 mm, gefolgt von einer Dosierzone mit einem Förderelement, für das HDI der Länge 24 mm mit der Steigung 48 mm, gefolgt von einer Knetzone der Länge 84 mm, eine Zone mit Förderelementen der Steigung 12 mm mit der Länge von 240 mm, einer Zone mit Förderelementen der Steigung 16 mm mit der Länge von 128 mm, eine Zone mit einem rückfördemden Element der Steigung 24 mm mit der Länge 12 mm, eine Zone zur Entgasung mit Förderelementen der Steigung 48 mm mit der Länge 96 mm, an der seitlich die Entgasungsschnecke angebracht war, und eine Zone mit Förderelementen der Steigung 16 mm mit der Länge 96 mm.
Tabelle 1: Stoffströme bei der Herstellung der Komponente A
Figure imgf000037_0001
Charakterisierung der hergestellten Komponente A Es ergaben sich folgende charakteristische Werte für die Molmassenverteilung der eingesetzten Komponenten Al und A2:
Al:
Mz = 283600 /mol
Mw = 76100 g/mol, damit Mz / Mw = 3,73
A2:
Mz = 307554 g/mol
Mw = 68990 g/mol, damit Mz / Mw = 4,5
Die Komponente A2 weist eine Glasübergangstemperatur Tg von 34 °C und eine Schmelzetemperatur Tm von 183 °C auf.
Die Komponente A2 weist einen Urethangruppengehalt gemäß der oben dargestellten Berechnung von 48 % auf.
Herstellung des Vergleichsbeispiels 1:
In einem Rührkessel (250 ml) wurden bei 23 °C 53,02 g 1,4-Butandiol mit 96,92 g HDI verrührt. Anschließend wurde das Reaktionsgefäß mit Stickstoff gespült und unter Rühren (170 Umdrehungen pro Minute, U/min) auf 90 °C geheizt. Nachdem die Innentemperatur des Rührkessels auf 90 °C gestiegen war, wurde die Heizung entfernt. Im Verlauf der nächsten 5 Minuten stieg die Innentemperatur auf 240 °C. Der Versuch wurde beendet als die Reaktionsmischung nicht mehr gerührt werden konnte, da sich das Produkt verfestigt hatte.
Herstellung des Vergleichsbeispiels 2:
In einem Rührkessel (250 ml) wurden 53,02 g 1,4-Butandiol für 30 Minuten unter Rühren (170 U/min) und Stickstoffeinleitung auf 90 °C geheizt. Anschließend wurden über einen Zeitraum von 45 Minuten 96,98 g HDI kontinuierlich zu dem Butandiol dosiert. Hierbei wurde die Temperatur des Reaktionsgemisches konstant um 4 °C pro Minute erhöht, bis eine Temperatur von 190 °C erreicht wurde (25 Minuten). Sobald eine Produkttemperatur von 190 °C erreicht wurde, wurde die Geschwindigkeit des Rührers auf 300 U/min erhöht. Die Temperatur im Rührkessel wurde konstant zwischen 190 °C und 200 °C gehalten.
Nach Ende der HDI Dosierung wurde die Schmelze weitere 5 Minuten gerührt. Anschließend wurde sie im heißen Zustand in eine Aluminiumform gegossen.
Komponente B: Bl: Schnitglasfaser HP 3540 mit Silan Schlichte, Durchschnitlicher Faserdurchmesser = 10 pm, Schnitlänge = 3,8 mm (Fa. Nippon Electric Glass)
B2: Schnitglasfaser HP 3610 mit Silan Schlichte, Durchschnitlicher Faserdurchmesser = 10 pm, Schnitlänge = 3,8 mm (Fa. Nippon Electric Glass)
B3: Schnitglasfaser CS 7942 mit einer Polyurethan Schlichte, Durchschnitlicher Faserdurchmesser = 14 pm, Schnitlänge = 4,5 mm (Fa. Lanxess)
Komponente C:
Licowax™ E (Fa. Clariant) als Entformungsmitel
Herstellung der Probenkörper für die Messung des Biegemoduls:
Zur Herstellung der Probenkörper (80 mm x 10 mm x 4 mm-Stäbe) wurde Polymergranulat aus der Komponente Al sowie aus den Vergleichsbeispielen 1 und 2 in einem “Mikro Compounder Model 2005” der Firma DSM Xplore aufgeschmolzen. Die Verarbeitungstemperatur wurde auf 195 °C bei 100 U/min eingestellt. Nach einer Verweilzeit im Extruder von 2 Minuten, wurde die Schmelze in die „Micro lOcc Injection Moulding Maschine“ der Firma DSM Xplore überführt. Die Spritzgussform wurde auf 100 °C temperiert. Der Druck beim Spritzgießen wurde auf 6 bar (10 Sekunden) eingestellt. Der Nachdruck betrug 9 bar (10 Sekunden). Die spritzgegossenen Biegestäbe wurden nach 20 Sekunden manuell entformt.
Bestimmung des Biegemoduls:
Der Biegemodul wurde an den oben beschriebenen Probekörpem bestimmt, durch einen langsamen Dreipunkt-Biegeversuch bei Raumtemperatur gemäß DIN EN ISO 178 (September 2013), durchgeführt mit einer Universalprüfmaschine 5566 der Firma Instron mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/Minute, einem Finnenradius von 5 mm und einer Auflagedistanz von 64 mm.
In Tabelle 2 finden sich Daten für Formmassen enthaltend nur die Komponente Al sowie die Vergleichsbeispiele 1 und 2. Wie sich aus den Daten erkennen lässt, ergibt sich ein erhöhtes Biegemodul, wenn Mz / Mw im erfindungsgemäßen Bereich liegt. Damit ist erkennbar, dass dieser Teil der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe durch Formmassen mit diesem Merkmal gelöst wird. Tabelle 2: Eigenschaften der thermoplastischen Polyurethane ohne Komponente B oder C
Figure imgf000040_0001
Herstellung und Prüfung der erfindungsgemäßen Formmassen
Das Mischen der Komponenten erfolgte auf einem Zweiwellenextruder ZSK-25 der Fa. Werner & Pfleiderer bei einer Massetemperatur von 200°C. Die Formkörper wurden bei einer Massetemperatur von 200°C und einer Werkzeugtemperatur von 60°C auf einer Spritzgießmaschine Typ Arburg 270 E hergestellt.
Das Zug E-Modul und die Zugfestigkeit wurden gemäß ISO 527 (Version von 1996) bei Raumtemperatur bestimmt.
Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) wurde gemessen nach ISO 75-2 (2013) Methode A (1.8 MPa) bzw. Methode B (0,45 MPa) in Siliconöl M50 an einem Flachstab der Abmessung 80 mm x 10 mm x 4mm bei einer Randfaserdehnung von 0,20 % mit einer Stützweite von 64 mm in Flachkant- Position.
Die Messergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
Die Daten zeigen, dass durch die Zugabe von Glasfasern der Zug-E-Modul und die Zugfestigkeit deutlich gesteigert werden können. Ebenso wird die Wärmeformbeständigkeit schon bei 10 Gew.- Teilen Glasfasern erheblich erhöht. Der Vergleich der Beispiele 1 bis 8 gegenüber 9 bis 11 zeigt zudem, dass Glasfasern mit einer Schlichte aus einem Silan besonders deutliche Eigenschaftsverbesserungen ermöglichen. Tabelle 3: Zusammensetzungen der Formmassen und ihre Eigenschaften.
Figure imgf000041_0001

Claims

Patentansprüche
1. Thermoplastische Formmasse enthaltend
A) mindestens ein thermoplastisches Polyurethanpolymer erhältlich durch die Umsetzung von mindestens folgenden Aufbaukomponenten:
I) einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten mit einem Molekulargewicht von 140 g/mol bis 170 g/mol und
II) einem oder mehreren aliphatischen Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 120 g/mol, wobei die zur Erzeugung des thermoplastischen Polyurethanpolymers eingesetzten Aufbaukomponenten zu mindestens 95 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten, bestehen, wobei die einen oder mehreren aliphatischen Diisocyanate I) und die einen oder mehreren aliphatischen Diole II) in einem molaren Verhältnis im Bereich von 1,0 : 0,95 bis 0,95 : 1,0 eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mz/Mw des thermoplastischen Polyurethanpolymers in einem Bereich von 2,3 bis 6 liegt, wobei Mz das Zentrifugenmittel der Molmasse und Mw das Massenmittel der Molmasse ist, jeweils bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard
B) Glasfasern.
2. Formmasse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente B Schnittglasfasem eingesetzt werden
3. Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend
29 bis 98 Gew.-% der Komponente A,
1 bis 70 Gew.-% der Komponente B und als Komponente C Polymeradditive oder weitere polymere Komponenten in einem Anteil von 0 bis 30 Gew.-%.
4. Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern eine Schlichte aus einem Silan aufweisen.
5 Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A in einem Schleifenreaktor hergestellt wird.
6. Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mz-Wert der Komponente A in einem Bereich von 100000 g/mol bis 900000 g/mol, vorzugsweise in einem Bereich von 100000 g/mol bis 850000 g/mol, besonders bevorzugt in einem Bereich von 110000 g/mol bis 800000 g/mol und noch bevorzugter in einem Bereich von 120000 g/mol bis 760000 g/mol liegt, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie in Hexafluoroisopropanol gegen Polymethylmethacrylat als Standard.
7. Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A zu mindestens 96 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 97 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-%, noch bevorzugter zu mindestens 99 Gew.- %, noch mehr bevorzugter zu mindestens 99,5 Gew.-% und am bevorzugtesten zu mindestens 99,9 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II), bezogen auf die Gesamtmasse des Polyurethanpolymers, besteht.
8. Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren aliphatischen Diisocyanate I) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 1,4-Diisocyanatobutan, 1,5-Diisocyanatopentan, 1,6-Diisocyanatohexan, 2- Methyl-l,5-diisocyanatopentan und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, vorzugsweise 1,5-Diisocyanatopentan und / oder 1,6-Diisocyanatohexan.
9. Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren aliphatischen Diole II) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 1,2-Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4- Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, vorzugsweise 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol und / oder Mischungen aus mindestens zwei hieraus, besonders bevorzugt 1,4-Butandiol.
10. Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A einen Urethangruppengehalt von 40 Gew.-% bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 40 Gew.-% bis 52 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Polyurethanpolymers aufweist. Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A ein semikristallines thermoplastisches Polyurethanpolymer ist. Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A einen Schmelzpunkt von > 150 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 150 °C und 200 °C aufweist, bestimmt mit Differential Scanning Calorimetry gemäß DIN EN 61006 (November 2004). Formmasse gemäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erzeugung der Komponente A eingesetzten Aufbaukomponenten zu 95 Gew.- % bis 99,9 Gew.-% aus einem oder mehreren aliphatischen Diisocyanaten I) und einem oder mehreren aliphatischen Diolen II) und zu 0,1 Gew. -% bis 5 Gew. -% aus einem oder mehreren Polyisocyanaten III) und / oder einer oder mehreren NCO-reaktive Verbindungen IV) bestehen, bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Aufbaukomponenten. Verwendung einer Formmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Formkörpem. Formkörper enthaltend eine Formmasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
PCT/EP2021/065559 2020-08-19 2021-06-10 Thermoplastische formmasse mit guten thermischen und mechanischen eigenschaften WO2022037819A1 (de)

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