DE1128133B

DE1128133B - Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen

Info

Publication number: DE1128133B
Application number: DEM46176A
Authority: DE
Inventors: Paul George Gemeinhardt
Original assignee: Mobay Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1959-08-20
Filing date: 1960-08-05
Publication date: 1962-04-19

Description

Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen Urethangruppen enthaltende Schaumstoffe aus linearen und/oder verzweigten, Hydroxylgruppen enthaltenden Polyäthern, Polyisocyanaten und Wasser sind bekannt, wobei die Komponenten entweder in einem Einstufenverfahren zusammengegeben werden oder aber zunächst aus einem Polyäther mit einem Überschuß an Diisocyanat ein Voraddukt hergestellt und dieses dann mit Wasser verschäumt wird.
Bei letzterem Verfahren hat man in der Verschäumungsstufe bereits Silikonöle zur Regulierung der Porenstruktur zugesetzt. Man verwendet dazu lineare Polydimethylsiloxane. Der Einsatz dieser Polydimethylsiloxane hat den Nachteil, daB nur ein ganz schmaler Konzentrationsbereich an Silikonöl den beabsichtigten stabilisierenden Effekt auf die Verschäumungsreaktion ausübt. Dieser liegt zwischen 0,4 und 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das gesamte Reaktionsgemisch. Da bei großtechnischer Serienfabrikation dieser enge Bereich leicht unter-oder überschritten wird, was zu einer nachteiligen Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des resultierenden Schaumstoffes führt, ist dieser enge Bereich ein Unsicherheitsfaktor in der großtechnischen Herstellung von Schaumstoffen, der häufig zu Fehlpartien Anlaß gibt.
Es wurde nun gefunden, daß man diesen Nachteil vermeiden kann, wenn man bei der Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen durch Umsetzung von aus Hydroxylgruppen enthaltenden, linearen oder verzweigten Polyäthem und einem stöchiometrischen Überschuß an Polyisocyanaten erhaltenen Umsetzungsprodukten mit Wasser in Gegenwart von Polydialkylsiloxanen die Umsetzung in Gegenwart von solchen Polydialkylsiloxanen vornimmt, die 0,5 bis 15 Molprozent an Monoalkylsiloxanresten enthalten.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sif h sowohl lineare als auch verzweigte Polyäther mit endständigen Hydroxylgruppen.
Als Beispiele seien angeführt die reinen Polymerisate von Alkylenoxyden, wie Äthylenoxyd, Propylenoxyd und den Butylenoxyden, ebenso wie die Additionsprodukte dieser Alkylenoxyde an Wasser, zwei-oder mehrwertige Alkohole, Phenole oder Amine, wie Äthylenglykol, 1, 3-Propylenglykol, 1,4-Butandiol, Trimethylolpropan, Glycerin, 1,3,6-Hexantriol, Pentaerythrit oder N, N, N', N'-Tetrakis- (2-hydroxypropyl)-äthylendiamin. Derartige Polyäther sind beispielsweise beschrieben in » Encyclopedia of Chemical Technology «, Bd. 7, S. 257 bis 262, New York, 1951, oder in der USA.-Patentschrift 1922 459.
Die angeführten Polyäther können für das vor- liegende Verfahren in beliebiger Weise gemischt werden. Sie sollen ein Molekulargewicht von mehr als 500, vorzugsweise im Bereich von 1000 bis 5000, und eine OH-Zahl von etwa 25 bis 225, vorzugsweise von 50 bis 150, aufweisen.
Als Polyisocyanate können beim erfindungsgemäßen Verfahren beliebige aliphatische, araliphatische oder aromatische mehrwertige Isocyanate, wie z. B. Phenylendiisocyanat, p, p'-Diphenylmethandiisocyanat, Toluylendiisocyanat, und insbesondere das Isomerengemisch von 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat und andere Polyisocyanate, wie sie die USA.-Patentschrift 2 764 565 beschreibt, Verwendung finden.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Silikonöle, die unter Verwendung von 0,5 bis 15 Molprozent an Trihaloalkylsilanen hergestellt worden sind, können verzweigt oder auch cyclisch sein. Sie haben zweckmäßig eine Viskosität im Bereich von etwa 5 bis 500 cSt, vorzugsweise von 10 bis 50 cSt bei 25° C. Das zur Herstellung des Silikonöls verwendete Trihalogenalkylsilan kann z. B. ein Trichloralkylsilan, ein Tribromalkylsilan oder auch ein Trifluoralkylsilan gewesen sein. Die Alkylreste sind beliebig, Methyl-, Äthyl-und Propylreste sind bevorzugt.
Bevorzugt sind ferner solche Silikonöle, die unter Verwendung von 2 bis 10 Molprozent, vorzugsweise 4 bis 6 Molprozent, Trichlormethylsilan hergestellt worden sind.
Das Voraddukt aus dem Polyäther und dem stöchiometrischen Überschuß an Polyisocyanaten wird in bekannter Weise unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen hergestellt und dann mit Wasser und den üblichen Zusatzstoffen vermischt.
Verwiesen sei auf tertiäre Amine als Katalysatoren, z. B. Triäthylamin, N, N'-Dimethylpiperazin, N, N-Diäthylpiperazin, Triäthylendiamin, N-Äthylmorpholin, N-Methylmorpholin, Dimethylcetylamin, Methyldilaurylamin und Dilaurylamin. An Stelle des Wassers kann man die Verschäumung ganz oder teilweise auch mit inerten niedrigsiedenden Flüssigkeiten z. B. von Dichlordifluormethan vornehmen. Das erfindungsgemäß zu verwendende Silikonöl wird zweckmäßig in Mengen von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Reaktionsgemisch, eingesetzt. Das Vermischen der Komponenten wird vorteilhaft in einer kontinuierlich arbeitenden Mischvorrichtung vorgenommen, wie sie z. B. in der USA.-Patentschrift 2 764 565 beschrieben ist.
Der Einsatz der erfindungsgemäß zu verwendenden Silikonöle hat gegenüber den bisherigen Schaumstabilisatoren bei der zweistufigen Herstellung von Schaumstoffen auf Polyätherbasis den Vorteil, daß man eine wesentlich größere Variationsbreite für die Zusatzmenge des Silikonöls besitzt, um den gewünschten stabilisierenden Effekt auf die Schaummasse zu erhalten. Das bringt vor allem eine größere Herstellungssicherheit mit sich.
Das Diagramm vergleicht die Konzentrationsbereiche für ein bekanntes Polydimethylsiloxan und fur ein erfindungsgemäß zu verwendendes Silikonöl.
In der waagerechten Achse ist die Gewichtsmenge an Silikonöl und in der senkrechten Achse die Anzahl der Zellen je Zentimeter aufgetragen. Die ausgezogene Linie zeigt den schmalen Konzentrationsbereich für ein bekanntes Polydimethylsiloxan. Konzentrationen unter dem angegebenen Minimum führen zu einem » Verkochen « des Schaumstoffes ohne Bildung einer brauchbaren Zellstruktur.
Höhere Konzentrationen als die angegebenen liefern zwar einen aufsteigenden Schaumstoff, welcher allerdings anschließend zu einer hornartigen unbrauchbaren Masse zusammenbricht. Die gestrichelte Linie zeigt den Konzentrationsbereich für ein erfindungsgemäß zu verwendendes Silikonöl. Es wird ersichtlich, daß dieser Konzentrationsbereich wesentlich weiter ist, bevor die vorhin beschriebenen Nachteile zu befürchten sind.
Beispiel 1 Herstellung des Ausgangsmaterials 60 Gewichtsteile eines linearen Polypropylenglykoläthers (Molekulargewicht 2000, OH-Zahl 56), 40 Gewichtsteile eines verzweigten Polypropylenglykoläthers (erhalten aus 1 Teil Glycerin und 30 Teilen Propylenoxyd ; Molekulargewicht 3000, OH-Zahl 56) werden mit 12,5 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (2,4- und 2,6-Isomerenverhältnis 80 : 20) umgesetzt, bis die Temperatur auf 115°C gestiegen ist.
Es werden weitere 27,5 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat hinzugefügt. Das auf Raumtemperatur abgekühlte Voraddukt hat einen NCO-Gehalt von 10,3°/o und eine Viskosität von 8500 cP/25° C.
100 Gewichtsteile des als Ausgangsmaterial erhaltenen Voradduktes werden mit 0,3 Gewichtsteilen Triäthylamin, 3 Gewichtsteilen N-Äthylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser und 0,2 Gewichtsteilen eines Silikonöles (erhalten unter Verwendung von 4 Molprozent Trichlormethylsilan ; Viskosität 10 cSt/ 25° C) maschinell in einer Mischvorrichtung gemäß der USA.-Patentschrift 2 764 565 vermischt.
Man erhält einen Polyurethan-Schaumstuff mit den folgenden physikalischen Eigenschaften : Zerreißfestigkeit 1,3 bis 1, 4 kg/cm2 Raumgewicht......... 0,032 g/cm3 Bruchdehnung........ 280bis3000/o Stauchhärte bei 25°/o Zusammendrückung... 0,03 kg/cm2 Bleibende Verformung. 10% Zellgröße..... 14 je Zentimeter Beispiel 2 100 Gewichtsteile des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Voradduktes werden maschinell in einer Mischvorrichtung gemäß USA.-Patentschrift 2 764 565 mit 0,3 Gewichtsteilen Triäthylamin, 3 Gewichtsteilen N-Äthylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser und 4,5 Gewichtsteilen eines Silikonöls (erhalten unter Verwendung von 4 Molprozent Trichlormethylsilan ; Viskosität 10cSt/25°C) vermischt. Dei erhaltene Schaumstoff zeigt die folgenden physikalischen Eigenschaften : ZerreiBfestigkeit....... 1,3 bis 1,4 kg/cm2 Raumgewicht... 0,032 g/cm3 Bruchdehnung....... 280 bis 3000/0 Stauchhärte bei 25jojo Zusammendrückung... 0,03 kg/cm2 Bleibende Verformung 10ouzo Zellgröße 18 je Zentimeter Beispiel 3 100 Gewichtsteile des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Voradduktes werden maschinell unter Verwendung einer Mischvorrichtung gemäß USA.-Patentschrift 2 764 565 mit 0,3 Gewichtsteilen Triäthylamin, 3 Gewichtsteilen N-Athylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser und 0,2 Gewichtsteilen Silikonöl (hergestellt unter Verwendung von 6 Molprozent Trichlormethylsilan ; Viskosität 10cSt/25°C) vermischt.
Der erhaltene Schaumstoff zeigt die folgenden physikalischen Eigenschaften : ZerreiBfestigkeit....... 1,3 bis 1,4 kg/cm2 Raumgewicht...... 0,032 g/cm3 Bruchdehnung........ 280 bis 300010 Stauchhärte bei 25°/o Zusammendrückung... 0,03 kg/cm2 Bleibende Verformung IQO/o Zellgröße 14 je Zentimeter Beispiel 4 100 Gewichtsteile des gemäß Beispiel I erhaltenen Voradduktes werden maschinell in einer Mischvorrichtung gemäß USA.-Patentschrift 2 764 565 mit 0,3 Gewichtsteilen Triäthylamin, 3 Gewichtsteilen N-Äthylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser und 4,5 Gewichtsteilen Silikonöl (erhalten unter Verwendung von 6 Molprozent Trichlormethylsilan ; Viskosität 10 cSt/25° C) vermischt. Der erhaltene Schaumstoff hat die folgenden physikalischen Eigenschaften : Zerreißfestigkeit.. 1,3 bis 1, 4 kg/cm2 Raumgewicht.... 0,032 g/cm3 Bruchdehnung....... 280 bis 300% Stauchhärte bei 25°/o Zusammendrückung... 0,03 kg/cm2 Bleibende Verformung 10% Zellgröße.... 18 je Zentimeter Beispiel 5 Herstellung des Ausgangsmaterials 100 Gewichtsteile eines linearen Polypropylenglykoläthers (Molekulargewicht 2000, OH-Zahl 56) werden mit 28 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (2,4- und 2,6-Isomeren-Verhältnis 80 : 20) umgesetzt, bis eine Viskosität von 12000cP/25°C und ein NCO-Gehalt von 6,8% erreicht sind.
100 Gewichtsteile dieses als Ausgangsmaterial erhaltenen Voradduktes werden maschinell in einer Mischvorrichtung gemäß USA.-Patentschrift 2 764 565 mit 0,2 Gewichtsteilen N-Athylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser und 0,2 Gewichtsteilen Silikonöl (erhalten unter Verwendung von 4 Molprozent Trichlormethylsilan ; Viskosität 10 cSt/25°C) vermischt.
Der erhaltene Schaumstoff zeigt die folgenden physikalischen Eigenschaften : Zerreißfestigkeit.. 1,6 bis 1,7 kg/cm2 Raumgewicht..... 0,032 g/cm3 Bruchdehnung....... 350 bis 400% Stauchhärte bei 25% Zusammendrückung... 0,02 kg/cm2 Bleibende Verformung 10% Zellgröße. 14 je Zentimeter Beispiel 6 100 Gewichtsteile des Voradduktes gemäß Beispiel 5 werden maschinell in einer Mischvorrichtung gemäß USA.-Patentschrift 2 764 565 mit 0,2 Gewichtsteilen N-Äthylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser und 2 Gewichtsteilen Silikonöl (erhalten unter Verwendung von 4 Molprozent Trichlormethylsilan ; Viskosität 10 cSt/25° C) vermischt.
Der resultierende Schaumstoff zeigt die folgenden physikalischen Eigenschaften : Zerreißfestigkeit.. 1,6 bis 1,7 kg/cm2 Raumgewicht..... 0,032 g/cm3 Bruchdehnung....... 350 bis 400% Stauchhärte bei 25% Zusammendrückung... 0,02 kg/cm2 Bleibende Verformung 10% Zellgröße 18 je Zentimeter Beispiel 7 100 Gewichtsteile des Voradduktes gemäß Beispiel 5 werden maschinell in einer Mischvorrichtung gemäß USA.-Patentschrift 2 764 565 mit 0,2 Gewichtsteilen N-Äthylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser und 0,2 Gewichtsteilen Silikonöl (erhalten unter Verwendung von 6 Molprozent Trichlormethylsilan ; Viskosität 10cSt/25°C) vermischt.
Der erhaltene Schaumstoff zeigt die folgenden physikalischen Eigenschaften : Zerreißfestigkeit.. 1,6 bis 1,7 kg/cm2 Raumgewicht..... 0,032 g/cm3 Bruchdehnung........ 350 bis 400% Stauchhärte bei 250/0 Zusammendrückung... 0,02 kg/cm2 Bleibende Verformung 10% Zellgröße.. 14 je Zentimeter Beispiel 8 100 Gewichtsteile des Voradduktes gemäß Beispiel 5 werden maschinell in einer Mischvorrichtung gemäß USA.-Patentschrift 2 764 565 mit 0,2 Gewichtsteilen N-Äthylmorpholin, 2,2 Gewichtsteilen Wasser und 2,1 Gewichtsteilen Silikonöl (erhalten unter Verwendung von 6 Molprozent Trichlormethylsilan ; Viskosität 10 cSt/25° C) vermischt.

Claims

Der erhaltene Schaumstoff zeigt die folgenden physikalischen Eigenschaften : Zerreißfestigkeit.. 1,6 bis 1,7 kg/cm2 Raumgewicht..... 0,032 g/cm3 Bruchdehnung....... 300 bis 4000/0 Stauchhärte bei 250/0 Zusammendrückung... 0,02 kg/cm2 Bleibende Verformung 10% Zellgröße. 18 je Zentimeter PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Herstellung von Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen durch Umsetzen von aus Hydroxylgruppen enthaltenden linearen oder verzweigten Polyäthem und einem stöchiometrischen Uberschuß an Polyisocyanaten erhaltenen Umsetzungsprodukten mit Wasser in Gegenwart von Polydialkylsiloxanen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart von solchen Polydialkylsiloxanen erfolgt, die 0,5 bis 15 Molprozent an Monoalkylsiloxanresten enthalten.

In Betracht gezogene Druckschriften : Französische Patentschriften Nr. 1 182 965, 1 196 880.