DE1046873B - Verfahren zur Herstellung von homogenen Formkoerpern, Schaumkoerpern oder UEberzuegen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von homogenen Formkoerpern, Schaumkoerpern oder UEberzuegenInfo
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Description
DEUTSCHES
ICL. 39 b 22/04
INTERNAT. KL. C 08 g
PATENTAMT
F16160 IVb/39 b ANMELDETAG: 16. NOVEMBER 1954
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGE S CHRIFT:
18. Dezember 1958
Es ist bekannt, daß aus Polyestern mit endständigen Hydroxylgruppen-und Di- bzw. Polyisocyanaten wertvolle
Kunststoffe hergestellt werden können, die sich je nach Wahl der Ausgangsprodukte und Reaktionsbedingungen entweder als hochwertige, kautschukelastische
Materialien, harte und elastische Schaumstoffe oder auch als Lacke, Filme, Folien, Preßmassen,
Klebstoffe, Textilbeschichtungen usw. erhalten lassen (vgl. z. B. Zeitschrift für angewandte Chemie, 59
(1948), S. 257, und 62 (1950), S. 57 bis 66; Kunststoffe, 40 (1950), S. 3 bis 14).
Alle diese Produkte besitzen neben guten Materialeigenschaften eine ausgezeichnete Benzin- und1 ölfestigkeit
und zeigen als Vorteil gegenüber entsprechenden Materialien aus Kautschuk eine gute
Alterungsbeständigkeit gegen Ozon und Sauerstoff.
In gewissen. Anwendungsgebieten dieser Polyester-Polyurethan-Kunststoffe
jedoch, namentlich überall dort, wo Wasser bei erhöhter Temperatur, feuchte
Luft (vor allem unter tropischen Bedingungen), Säuren, Basen, Amine und teilweise auch Alkohole auf
sie einwirken, macht sich die hydrolytische, aminolytische und alkoholytische Angreifbarkeit der Esterbindungen
des Polyesters unangenehm bemerkbar. In einigen Fällen — namentlich bei den Schaumstoffen —
kommt hinzu, daß durch einige der Beschleuniger, die den Polyestern voir der Umsetzung mit den Polyisocyanaten
zugesetzt werden, diese Verseifung noch katalytisch beschleunigt wird.
Wirken die eben erwähnten verseifenden Einflüsse auf die Polyester-Polyurethan-Kuiiststoffe ein, so
macht sich dies zunächst in einem starken Quellen und einer Abnahme der Festigkeitseigenschaften, später in
einer weitgehenden Zerstörung des Materials bemerkbar.
Es wurde aus diesen Gründen schon versucht, die Polyester durch solche Polyäther zu ersetzen, wie sie
sich durch Oxalkylierung von Diolen, Triolen usw. mit Alkylenoxyden herstellen lassen. Gleichfalls
wurde auch schon die Eignung von Polyäthern aus cyclischen, polymerisierbaren Äthern, wie z. B. die
Polymerisate von Tetrahydrofuran mit Friedel-Crafts-Katalysatoren,
für die Herstellung von Polyurethan-Kunststoffen geprüft. Alle diese Polyäther besitzen jedoch
den Nachteil, sehr hydrophil zu sein, so daß die daraus hergestellten Umsetzungsprodukte mit Polyisocyanaten
von Wasser stark angegriffen werden, indem sie zunächst quellen und später ganz zerstört
werden.
Versucht man, diesem hydrophilen Charakter der Polyäther dadurch zu begegnen, daß man aromatische
bzw. cycloaliphatische Epoxyde, wie z. B. Phenoxypropenoxyd, Cyclohexenoxyd u. a., für die Herstellung
der Polyäther verwendet, so zeigt sich, daß die Verfahren zur Herstellung von homogenen
Formkörpern, Schaumkörpern
oder überzügen
Anmelder:
Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft, Leverkusen-Bayerwerk
Dr. Hans Holtschmidt, Dr. Wilhelm Kallert,
Köln-Stammheim,
und Dr. Günther Nischk, Leverkusen, sind als Erfinder genannt worden
daraus mit Polyisocyanaten hergestellten Kunststoffe
keinerlei Elastizität besitzen und für die meisten Verwendungszwecke viel zu spröde sind.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von homogenen Formkörpern,
Schaumkörpern oder Überzügen mit hoher Verseifungs- und Chemikalienbeständigkeit aus Polyoxyverbindungen,
Polyisocyanaten und gegebenenfalls Vernetzungsmitteln, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß man aus einem zwei- oder mehrwertigen Alkohol und einem Thioätherglykol im Molverhältnis
1 : 1 bis 1,5 oberhalb 100° in Gegenwart eines wasserabspaltenden Katalysators gebildete, lineare
oder verzweigte Polythioäther als Polyoxy-Verbindung verwendet.
Diese Polythioätheir, die endständige Hydroxylgruppen
enthalten und sich bequem bis zu den für die Herstellung von Kunststoffen aus Polyestern, üblichen
Molekulargewichten (800 bis 10000) herstellen lassen, sind vollkommen hydrophob und ähneln in ihren
physikalischen Eigenschaften weitgehend den entsprechenden, aus aliphatischen Dicarbonsäuren und
Polyalkoholen erhältlichen Polyestern, Für die Herstellung der obenerwähnten Kunststoffe
aus den neuen Polythioäthern durch Umsetzung mit Polyisocyanaten gelten die gleichen Arbeitsbedingungen
wie sie für die entsprechenden linearen und verzweigten Polyester mit endständigen Hydroxylgrup-
709 548/440
JLQM
pen gebräuchlich und in den oben zitierten Veröffentlichungen und zahlreichen.Patentschriften beschrieben
sind.
So erhält man z. B. hochwertige kautschukelastische Stoffe, wenn man vorwiegend lineare Polythioäther
der genannten Art mit einer größeren Menge an Diisocyanaten
zur Reaktion -bringt, als zur rein linearen Kettenverlängerung notwendig ist, und das Reaktionsprodukt mit Glykolen, Diaminen oder Wasser umsetzt.
Dadurch wird eine Vernetzung bewirkt, wobei sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt eine Formgebung
stattfinden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann man die vorwiegend linearen Polythioäther mit einem
Überschuß eines Diisocyanate umsetzen und das resultierende, NCO-Gruppen enthaltende Reaktionsprodukt mit einem Überschuß an Diamin oder Glykol
zur Reaktion bringen. -Das erhaltene Produkt mit freien Amino- oder Hydroxylgruppen wird dann mit
einer weiteren Menge eines Diisocyanate umgesetzt.
Bei der Herstellung von Schaumstoffen wird man lineare oder verzweigte Polythioäther unter Zusatz
basischer Beschleuniger und Emulgatoren mit Polyisocyanaten in Gegenwart von Wasser verschäumen.
Lacküberzüge und Filme entstehen, wenn man vorwiegend
verzweigte Polyfhioäther der genannten Art mit Di- bzw. Polyisocyanaten oder Di- bzw. PoIyisöcyänat
"abspaltenden" Verbindungen, gegebenenfalls
in Lösung, auf eine Unterlage aufbringt und nach Verdunsten des Lösungsmittels in der Kälte oder nach
Erwärmen sich umsetzen läßt.
Schließlich kann man Preßmassen erhalten, wenn man ein Gemisch von Polythioäthern, größeren
Mengen an Füllstoffen, z. B. Holzmehl, Kreide, Ruß, Eisenoxj'd oder kolloidale Kieselsäure, und Polyisocyanaten
unter Formgebung heiß verpreßt.
Wichtig ist die Tatsache, daß die Polythioäther gut mit Polyestern, die endständige OH- und/oder
COOH-Gruppen besitzen, verträglich sind, so daß sich auch Mischungen aus Polythioäthern und Polyestern
in beliebigen Mischverhältnissen zur Herstellung von Polyurethan-Kunststoffen gemäß vorliegend.er
Erfindung verwenden lassen.
Bei den erfindungsgemäß hergestellten kautschukelastischen Stoffen, .Schaumstoffen, Lacken, Filmen,
Folien usw. ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Agenzien, insbesondere solchen, die bei den Polyesterprodukten
einen verseifenden Einfluß ausüben, wie Basen, Säuren, .Aminen,. Alkoholen und Wasser
(Dampf),. ungewöhnlich hoch. Wäßrige Natronlauge, verdünnte Schwefelsäure, Öle mit besonderen Zusätzen,
wie Emulgatoren, Hochdruckzusätze und anT dere Substanzen, die die entsprechenden Polyester-Produkte
schon nach kurzer Zeit zerstören, besitzen auch bei erhöhten Temperaturen keinen merklichen
Einfluß auf die Materialeigenschaften der aus den^^^
Polythioäthern hergestellten Produkte. .Erst die Eifir
wirkung alkoholischer Alkalilauge in der Hitze bewirkt nach längerer Zeit durch Angreifen der Urethanbindung
eine Zerstörung (siehe hierzu Lagerungsversuche in den Beispielen).
Die physikalischen Eigenschaften zeigen im wesentlichen folgendes Bild: Bei den Schaumstoffen..liegt
die Einreißfestigkeit teilweise erheblich höher als bei den entsprechenden Produkten auf Polyesterbasis; bei
den kautschukelastischen. Materialien ist besonders die höhere Elastizität (bei gleicher Bruchdehnung und
bleibender Dehnung wie.'bei den Polyesterprodukten) hervorzuheben. Die Shore-Härte letzterer Produkte
lcann in einem Bereich von etwa 55 bis 96 eingestellt
werden (im einzelnen sind die Materialwerte bei den Beispielen angeführt).
Wichtig ist, daß auch durch Verarbeitung eines Gemisches der genannten Polythioäther mit Polyestern,
die endständige Hydroxylgruppen enthalten, die Beständigkeit der Polyester-Polythioäther-Kunststoffe
gegen verseifende Einflüsse in ganz erheblichem Maße gesteigert werden kann.
In nachfolgenden Beispielen werden die Herstellungsverfahren und die physikalischen Eigenschaften
der neuen Kunststoffe erläutert.
In 1000 g eines Polythioethers, der aus Thiodiglykol
und Äthylenglykol im Molverhältnis 1 : 1 oberhalb 100° in Gegenwart eines wasserabspaltenden
Katalysators hergestellt ist und eine O Η-Zahl von 63 besitzt, werden bei 124° 190 g 1,5-Naphthylendiisocyanat
eingerührt. Die Umsetzung ist nach 9 Minuten beendet. Nach Einrühren von 21 g 1, 4-Butylenglykol
wird in auf 110° geheizte, eingewachste Formen ausgegossen. Nach 35 Minuten kann der Formkörper
entnommen werden und zeigt nach weiterem 24stündigem Erhitzen auf 110° die folgenden Werte: Zerreißfestigkeit 140 kg/cm3, Bruchdehnung 700 %, bleibende
Dehnung 28 €/o, Belastung bei 20 °/o Dehnung 11 kg/cm2, Belastung bei 300% Dehnung 69 kg/cm2,
Struktur (Ring) 17 kg, Elastizität 62 °/o, Shore-Härte 87.
Bei oOtägigein Lagern dieses Materials bei 95° in
einem Getriebeöl, das einen Hochdruckzusatz enthält, ist keine Verschlechterung der .physikalischen Werte
zu beobachten. Ein elastischer Stoff aus Diisocyanaten und Polyestern, der nach der gleichen Arbeitsweise
hergestellt wurde, ist in diesem Öl nach 7 Tagen bereits stark geschädigt.
In 500 g eines Polythioäthers, aus Thiodiglykol und 1, 4-Butylenglykol im Mol verhältnis 1 : 1 oberhalb
100° in Gegenwart eines wasser abspaltenden Katalysators
hergestellt, und der eine OH-Zahl von 56 hat, werden bei 126° 90gl, 5-Naphthylendiisocyanat eingerührt.
Nach 7 Minuten ist die Reaktion beendet, und nach Einrühren von 10 g 1, 4-Butylenglykol kann
in auf 110° geheizte, eingewachste Formen ausgegossen werden. Der nach 30 Minuten entformte Körper
zeigt nach weiterem 24stünd.igem Ausheizen auf 110° folgende Prüfwerte: Zerreißfestigkeit 130 kg/cm2,
Bruchdehnung 600 °/o, bleibende Dehnung 24 %, Belastung bei 20 % Dehnung 13 kg/cm2, Belastung bei
300 °/o Dehnung-75 kg/cm2, Ringstruktur 15, Elastizität
59, Shorfe-Härte 84.
Nach-irttägigem Lagern in 5%iger Schwefelsäure
und'ebenso in 7%iger Natronlauge bei 90° ist noch kein Abfall der physikalischen Werte zu erkennen.
Unter denselben Bedingungen ist ein elastischer Kunststoff auf Polyesterbasis in etwa 3 Tagen völlig
zerfallen.
500 g eines Polythioäthers, der aus Thiodiglykol und 1, 6-Hexandiol im Molverhältnis 1 : 1 oberhalb
100° in Gegenwart eines wasserabspaltenden Katalysators hergestellt ist und eine OH-Zahl von 58 aufweist,
werden bei 120° mit 95 g 1, 5-Naphthylendiisocyanat verrührt. Nach 8 Minuten ist die Umsetzung
beendet, und das so erhaltene dünnflüssige Material wird mit 10 g eines Gemisches, bestehend
aus 10 Teilen 1, 4-Butyknglykol und 3 Teilen Tri-
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methylolpropan verrührt und in auf 110° geheizte, eingewachste Formen ausgegossen. Nach etwa
1Ii Stunde kann der Formkörper entnommen werden.
Das beschriebene Material weist nach omonatigem Gebrauch in 110° heißem Wasser keinerlei Sehädigung
auf. Ein entsprechendes, aus Polyestern aufgebautes Material ist unter diesen Bedingungen nach
etwa 15 Tagen zerstört.
200 g des Polythioäthers gemäß Beispiel 3 werden mit 300 g eines Polyesters mit endständigen O H-Gruppen
aus Adipinsäure und Äthylenglykol mit der OH-Zahl 54 vermischt. Dieses Gemisch wird bei
125° mit 92 g 1, 5-Naphthylendiisocyanat verrührt. Die Umsetzung ist nach 10 Minuten beendet. Die
Vernetzung wird mit 10 g 1, 4-Butylenglykol durchgeführt.
Die Entformung kann nach 35 Minuten erfolgen. Die Ausheizdauer beträgt 24 Stunden.
Nach 3monatigem Lagern des so erhaltenen Materials in 100° heißem Wasser ist ein geringer Abfall
der physikalischen Werte zu beobachten. Ein elastischer Kunststoff, der nur aus Diisocyanat und Polyester
besteht, ist unter diesen Bedingungen nach etwa 3 Wochen vollständig zerstört.
Zur Herstellung eines elastischen Schaumstoffes werden 100 g des Polythioäthers aus Thiodiglykol
und 1, 4-Butylenglykol des Beispiels 2 mit der OH-Zahl
74 mit 3 g eines Beschleunigers (Adipinsäureester des N-Diäthyl-äthanolamins), 2 g eines Emulgators
(ölsaures Diäthylamin) und 1,5 g Wasser gemischt. Zu dieser Mischung werden 29 g eines Isomerengemisches
— bestehend aus 70 Teilen 1,2,4-Toluylendiisocyanat
und 30 Teilen 1, 2, 6-Toluylendiisocyanat — zugesetzt und mit einem hochtourigen
Rührer innig vermischt. Es entsteht ein hochelastischer Schaum, der nach kurzer Zeit ausgehärtet ist
und folgende physikalischen Werte aufweist: Raumgewicht 73 kg/m3, Elastizität 34 °/o, Einreiß festigkeit
1,13 kg/cm, Bruchdehnung 199%.
Die Verseifungszahl dieses Schaumes (Verseifung mit alkoholischem KOH) beträgt 30, während sie bei
einem entsprechenden, aus Polyestern aufgebauten Schaum bei 350 bis 400 liegt. Die Beständigkeit
gegen verseifende Einflüsse ist wie bei den unter Beispiel 1, 2, 3 und 4 beschriebenen Produkten. Auch
nach Lagern in 3°/oiger H2O2-Lösung verändert sich
das Produkt nicht.
100 g eines Polythioäthers der Zusammensetzung des Beispiels 3, OH-Zahl 120, werden mit Ig Beschleuniger
(Hexahydrodimethylanilin) und 2-g Emulgator
(Beispiel 1) vermischt. Nach Zugabe von 1 g Wasser und 33 g des Isomerengemisches des Toluylendiisocyanats
(Beispiel 1) wird durch kräftiges Rühren der Schaumprozeß ausgelöst. Der elastische Schaum
hat folgende physikalischen Werte: Raumgewicht 102 kg/m3, Elastizität 32 %, Einreißfestigkeit
1.65 kg/cm. Nach dem Kochen fiel die Einreißfestigkeit nur um einen sehr geringen Betrag und betrug
1,45 kg/cm. Die Verseifungszahl betrug 66.
Beispiel 7 6s
100 g des Polythioäthers des Beispiels 1 und 100 g eines schwach verzweigten Polyesters, bestehend aus
1 Mol Adipinsäure, 1 Mol Diäthylenglykol und V27 Mol Trimethylolpropan mit der OH-Zahl 60, werden
mit 6 g des Beschleunigers gemäß Beispiel 1 und
g Emulgator vermischt. Der Schaumprozeß wird durch Zusatz von 3 g Wasser und 56 g des Toluyleiidiisocyanatisomerengemisches
ausgelöst. Der elastische Schaumstoff hat folgende Werte: Raumgewicht
73kg/m3, Elastizität 25 %, Einreißfestigkeit 0,63 kg/cm, Bruchdehnung 156%. Die Verseifungszahl beträgt
180. Das Produkt besitzt somit eine bedeutend höhere Verseifungsbeständigkeit als der reine Polyester schaum.
Zur Herstellung eines Hartschaumes werden 100 g eines verzweigten Polythioäthers der OH-Zahl 263,
bestehend aus 2 Mol Thiodiglykol, 2 Mol Trimethylol1 propan, 1 Mol des oxäthylierten Hydrochinons, hergestellt
oberhalb 100° in Gegenwart eines wasserabspaltenden Katalysators, mit 2 g Hexahydrodimethylanilin,
2 g Emulgator und 2 g Türkischrotöl gemischt. Nach Zusatz von 10 g Kieselkreide, 5,4 g
Wasser und 54 g des Isocyanat-Isomeren-Gemisches wird nach dem Rühren ein Schaum erhalten, der folgende
Werte zeigt: Raumgewicht 91 kg/m3, Druckfestigkeit 3,28 kg/m3, Verseifungszahl 58.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von homogenen Formkörpern, Schaumkörpern oder Überzügen
mit hoher Verseifungs- und Chemikalienbeständigkeit aus Polyoxyverbindungen, Polyisocyanaten
und gegebenenfalls Vernetzungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß man. aus einem zwei- oder
mehrwertigen Alkohol und einem Thioätherglykol im Molverhältnis 1:1 bis 1,5 oberhalb 100° in
Gegenwart eines wasserabspaltenden Katalysators gebildete, lineare oder verzweigte Polythioäther
als Polyoxyverbindung verwendet.
2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die vorwiegend linearen
Polythioäther bei der an sich bekannten Umsetzung von Polyoxyverbindungen verwendet, bei der man
die Polyoxyverbindungen mit einer größeren Menge an Diisocyanaten zur Reaktion bringt, als
zur rein linearen Kettenverlängerung notwendig ist, und das Reaktionsprodukt mit Glykolen,
Diaminen oder Wasser umsetzt.
3. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die vorwiegend linearen
Polythioäther bei der an sich bekannten Umsetzung von Polyoxyverbindungen verwendet, bei der man
die Polyoxyverbindungen mit einem Überschuß eines Diisocyanate umsetzt und das resultierende,
NCO-Gruppen enthaltende Reaktionsprodukt mit einem Überschuß an Diamin oder Glykol zur
Reaktion bringt und das erhaltene Produkt mit freien Amino- oder Hydroxylgruppen mit einer
weiteren Menge eines Diisocyanate umsetzt.
4. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die linearen oder verzweigten
Polythioäther bei der an sich bekannten Umsetzung von Polyoxyverbindungen verwendet,
bei der man die Polyoxyverbindungen unter Zusatz basischer Beschleuniger und Emulgatoren mit
Polyisocyanaten in Gegenwart von Wasser verschäumt.
5. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die vorwiegend verzweigten
Polythioäther bei der an sich bekannten Umsetzung von Polyoxyverbindungen verwendet,
bei der man die Polyoxoverbindungen mit Di-
bzw. Polyisocyanaten oder Di- bzw. Polyisocyanat abspaltenden Verbindungen gegebenenfalls in
Lösung auf eine Unterlage aufbringt und nach Verdunsten 'des Lösungsmittels in der Kälte oder
nach Erwärmen sich umsetzen läßt.
6. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Polythioäther bei der an
sich bekannten Umsetzung von Polyoxyverbindun-
gen verwendet, bei der man ein Gemisch von Polyoxyverbindungen, größeren Mengen an Füllstoffen
und Di- oder Polyisocyanaten unter Formgebung heiß verpreßt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polythioäther in
Mischung mit linearen oder verzweigten, endständige Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen
aufweisenden Polyestern verwendet.
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