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DE10004427A1 - Verfahren zur Herstellung von Polyurethan - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Polyurethan

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Publication number
DE10004427A1
DE10004427A1 DE2000104427 DE10004427A DE10004427A1 DE 10004427 A1 DE10004427 A1 DE 10004427A1 DE 2000104427 DE2000104427 DE 2000104427 DE 10004427 A DE10004427 A DE 10004427A DE 10004427 A1 DE10004427 A1 DE 10004427A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cashew nut
nut shell
shell oil
polyisocyanate
oil
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE2000104427
Other languages
English (en)
Inventor
Martin Stielau
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of DE10004427A1 publication Critical patent/DE10004427A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30Low-molecular-weight compounds
    • C08G18/34Carboxylic acids; Esters thereof with monohydroxyl compounds

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

Zur Herstellung von Polyurethan wird ein Cashew-Nußschalenöl verwendet, dessen Doppelbindungen vorher z. B. mit Schwefel oder Peroxiden gesättigt worden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan, bei dem ein Polyisocyanat mit Cashew-Nußschalenöl umgesetzt wird.
Technisches Cashew-Nußschalenöl, welches bei der Extraktion der Cashewnüsse anfällt, setzt sich in seiner natürlichen Form aus Anacardsäure und einem Diphenol namens Cardol in einem Gewichtsverhältnis von etwa 9 : 1 zusammen. Beide Komponenten besitzen eine gerade Kohlenwasserstoffkette mit fünfzehn Kohlenstoffatomen, in der sich einfache und konjugierte Doppelbindungen befinden.
Die technische Qualität des Cashew-Nußschalenöls, das auch Cardanol genannt wird, unterscheidet sich in seiner chemischen Struktur von dem natürlichen Produkt durch eine starke Decarboxylierung infolge der Erhitzung der Nüsse auf etwa 180°C während des Extraktionsprozesses.
In den PCT-Anmeldungen PT96/00007 und PT97/00006 ist die Verwendung von Cashew-Nußschalenöl als Komponente für Polyurethane bereits beschrieben. Sowohl die mechanischen wie die chemischen Eigenschaften des danach hergestellten Polyurethans lassen jedoch zu wünschen übrig. Zudem führen saisonale und geographische Schwankungen in der Zusammensetzung des Cashew-Nußschalenöls zu erheblichen Schwankungen der Qualität des damit hergestellten Polyurethans.
Aus US-PS 1,819,416 ist es bekannt, Cashew-Nußschalenöl in Zusammenhang mit Gummi zu vulkanisieren. Auch geht bereits eine Präparation des Cashew-Nußschalenöls mit Schwefel und Schwefelsäure aus der portugiesischen Patentanmeldung Nr. 101929 hervor.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigenschaften eines unter Verwendung von Cashew-Nußschalenöl hergestellten Polyurethans wesentlich zu verbessern und zwar unabhängig von den saisonalen und geographischen Schwankungen, denen Cashew- Nußschalenöl als Naturprodukt unterliegt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zur Umsetzung mit dem Polyisocyanat ein technisches Cashew- Nußschalenöl verwendet wird, dessen Doppelbindungen zumindest teilweise gesättigt worden sind.
Wie erwähnt, besteht Cashew-Nußschalenöl zu etwa 70% aus Anacardsäure und 10% Cardol, welche beide Kohlenwasserstoffreste mit 15 Kohlenstoffatomen aufweisen, und zwar Pentadecyl-, 8-Pentadecenyl- sowie 8,11- Pentadecadienyl- oder 8,11,14-Pentadecatrienylreste mit konjugierten Doppelbindungen.
Wie der Erfinder festgestellt hat, läßt sich die Qualität des Polyurethans wesentlich verbessern, wenn das Polyisocyanat mit einem Cashew-Nußschalenöl umgesetzt wird, bei dem diese konjugierten Doppelbindungen vorher gesättigt worden sind.
Die Sättigung der Doppelbindungen kann dabei durch Schwefel erfolgen. Sie kann durch Vernetzung zwischen den erwähnten Kohlenwasserstoffresten eintreten oder durch cyclische Bindung des Schwefels.
Dabei braucht keine 100%ige Sättigung dieser Doppelbindungen zu erfolgen. Vielmehr läßt man die Sättigung nur soweit fortschreiten, dass keine zu starke Viskositätserhöhung erfolgt, also ein gut flüssiges Produkt vorliegt, welches ein Mischen mit den Polyisocyanaten problemlos erlaubt. Vorzugsweise sollte die relative Viskosität des Cashew- Nußschalenöls nach der Sättigungsbehandlung nicht mehr als 10000, insbesondere nicht mehr als 3000 betragen.
Die Menge des Schwefels, der zur Sättigung des Cashew- Nußschalenöls umgesetzt wird, liegt vorzugsweise bei 0,5 bis 12 Gramm, besonders bevorzugt bei 2 bis 8 Gramm und ganz besonders bevorzugt bei 5 bis 6 Gramm pro 100 Gramm Cashew- Nußschalenöl.
Da das mittlere Molekulargewicht des Cashew-Nußschalenöls bei etwa 385 liegt, werden also je Mol Cashew-Nußschalenöl vorzugsweise 0,06 bis 1,4 Mol, besonders bevorzugt 0,24 bis 0,96 Mol bzw. ganz besonders bevorzugt 0,6 bis 0,72 Mol Schwefel eingesetzt.
Die Sättigung der Doppelbindungen kann anstelle von Schwefel auch mit anderen Stoffen erfolgen, beispielsweise Peroxiden. Dabei werden vorzugsweise mit den oben angegebenen Schwefelmengen äquimolare Mengen der Peroxidverbindungen eingesetzt, und zwar äquimolar bezogen auf das aktive Sauerstoffatom des Peroxids, das analog dem Schwefel mit den Doppelbindungen in den Kohlenwasserstoffresten des Cashew- Nußschalenöls umgesetzt wird. Die Menge des Peroxids je 100 Gramm Cashew-Nußschalenöl wird also vorzugsweise so bemessen, dass es 0,2 bis 6 Gramm, insbesondere 1 bis 4 Gramm und ganz besonders bevorzugt 2,5 bis 3 Gramm aktiven Sauerstoff enthält.
Das Cashew-Nußschalenöl wird zur Sättigung vorzugsweise auf wenigstens 100°C, insbesondere wenigstens 130°C und ganz besonders bevorzugt etwa 150°C erwärmt. Die erhöhte Temperatur wird solange aufrechterhalten, bis die Viskosität spürbar ansteigt. Dann wird auf wenigstens 90°C, insbesondere etwa 80°C abgekühlt, bevor man das Polyisocyanat in äquivalenter Menge zur Polyurethanbildung hinzugibt. Die Reaktion erfolgt schnell, ohne heftig zu sein.
Die Umsetzung mit dem Polyisocyanat kann nur mit Cashew- Nußschalenöl erfolgen, das, wie vorstehend beschrieben, gesättigt worden ist, oder mit einem Gemisch aus dem so gesättigten Cashew-Nußschalenöl und anderen Polyolen und/oder Sojaöl, wobei der Cashew-Nußschalenöl-Anteil in einem solchen Gemisch wenigstens 30, insbesondere wenigstens 60 Gewichtsprozent beträgt. Als Polyole können synthetische oder natürliche Polyole eingesetzt werden, beispielsweise Rizinusöl. Das Polyol bzw. Sojaöl kann dem Cashew- Nußschalenöl auch schon vor dessen Sättigung zugesetzt sein.
Als Polyisocyanat werden vorzugsweise Diisocyanate eingesetzt, beispielsweise 4,4'-Methylendi-(phenylisocyanat) (MDI).
Beispiel
100 Gramm technisches Cashew-Nußschalenöl werden unter Rühren mit 5,5 Gramm Schwefel auf 150°C erhitzt und 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen auf 80°C werden 32 Gramm MDI hinzubegeben. Das Gemisch härtet in etwa 15 Minuten aus und ergibt ein hartes schwarzglänzendes Kunststoffprodukt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Polyurethan, bei dem ein Polyisocyanat mit Cashew-Nußschalenöl umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umsetzung mit dem Polyisocyanat ein Cashew-Nußschalenöl verwendet wird, dessen Doppelbindungen zumindest teilweise gesättigt worden sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schwefel oder ein Peroxid zur Sättigung der Doppelbindungen verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro 100 Gramm Cashew-Nußschalenöl 0,5 bis 12 Gramm Schwefel oder ein Peroxid in einer Menge eingesetzt wird, dass sein Gehalt an aktivem Sauerstoff 0,2 bis 6 Gramm beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Cashew-Nußschalenöl zur Sättigung der Doppelbindungen mit dem Schwefel oder dem Peroxid auf wenigstens 100°C erwärmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Cashew-Nußschalenöl im Gemisch mit anderen Polyolen und/oder Sojaöl mit dem Polyisocyanat umgesetzt wird.
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