DD254388A1 - Verfahren zur herstellung von dispersionspolyolen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dispersionspolyolen, die insbesondere als Polyurethanrohstoffe geeignet sind. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Dispersionen aus aromatenhaltigen Aminen, Isocyanaten und Polyolen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass als aromatenhaltige Amine spezielle Amingemische eingesetzt werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dispersionspolyolen, die insbesondere als Polyurethanrohstoffe geeignet sind.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Dispersionspolyole sind eine neue Generation von Polyurethanrohstoffen mit wachsender Bedeutung. Es gelingt durch ihren Einsatz, Polyurethanweichschäume mit verbesserten mechanischen Eigenschaften herzustellen, die Materialökonomie zu verbessern sowie spezielle Eigenschaften, wie zum Beispiel verminderte Brennbarkeit und erhöhte Temperaturstabilität, durch Einarbeitung besonderer disperser Feststoffe hervorzurufen. Es sind bereits eine Reihe verschiedenartiger Verfahren zur Herstellung von Dispersionen vorgeschlagen worden, die sich prinzipiell in zwei Gruppen einteilen lassen.

A) Dispergierung feinverteilter organischer oder anorganischer Füllstoffe in Polyolen, gegebenenfalls mit speziellen Techniken, wie Naßvermahlung unter Anwendung hoher Energiedichten und Einsatz von Dispergatoren

B) „in situ"-Synthese der dispersen Füllstoffpartikel im polyolischen Dispersionsmedium

Verfahren A hat den Vorteil, daß prinzipiell eine Vielzahl von ohnehin industriell zugänglichen Füllstoffen eingearbeitet werden können. Der Nachteil dieser Methoden besteht darin, daß in der Regel Dispersionen mit nur geringer Lagerstabilität erhalten werden.

Durch Anwendung des Prinzips der „in situ "-Synthese (Verfahren B) ist es gelungen, Dispersionspolyole mit ausgezeichneter Lagerstabilität herzustellen. Das führte dazu, daß seit mehr als einem Jahrzehnt eine Reihe auf diesem Wege hergestellter Dispersionspolyole im Handel sind.

Im wesentlichen gibt es vom Chemismus der „in situ "-Synthese her drei Möglichkeiten zur Herstellung von Dispersionen:

1. Polymerisation von Vinylmonomeren in polyolischem Medium

2. Bildung von dispersen Feststoffen durch Durchführung von Kondensationsreaktionen (zum Beispiel Aminoplastbildung im polyolischen Medium)

3. Herstellung der Dispersionspolyole durch Polyadditionsreaktionen (zum Beispiel Isocyanatumsetzungen im polyolischen Medium).

Verfahren 1 führt zu der Substanzklasse der „Polymerpolyole", die eine sehr gute Dispersionsstabilität aufweisen und besonders gut zur Herstellung von Polyurethan-Weichschäumen mit erhöhter Tragfähigkeit geeignet sind. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß naturgemäß nach der Polymerisation toxische Restmonomere in der Dispersion verbleiben, die unter hohem technologischem Aufwand beseitigt werden müssen.

Bei Anwendung von Verfahren 2 gelingt es durch Anwendung geeigneter Reaktionsbedingungen, das Restmonomerenproblem auszuschalten, jedoch ist der technologische Aufwand zur Durchführung dieser Reaktion sehr hoch. Ein günstiges Verfahren zur Herstellung von Dispersionen ist die 3. Methode. Die Durchführung der Polyadditionsreaktion gelingt in einfachen, im Bereich der Polyurethanchemie üblichen Apparaturen; die eingesetzten Rohstoffe sind in der Polyurethanchemie ebenfalls bereits üblich, und das Restmonomerenproblem kann ausgeschaltet werden (zum Beispiel durch Anwendung eines Isocyanat-Überschusses, der durch OH-Gruppen des Polyols unschädlich gemacht wird).

Eine besonders häufig angewendete Polyadditionsreaktion zur Herstellung von Dispersionen ist die seit über 20 Jahren bekannte Umsetzung von Aminen mit Isocyanaten in Polyolen als Dispersionsmedium.

Seither ist, obwohl nur relativ wenige auf diesem Wege hergestellte Dispersionen im Handel sind, eine Vielzahl von Verfahrensvarianten vorgeschlagen worden. Dieser Umstand zeigt einmal, daß oben genanntes Herstellungsverfahren eine große Variabilität besitzt und zum anderen, daß es immer noch mit einer Reihe von Unzulänglichkeiten behaftet ist, die verbesserungsbedürftig sind. Eine solche Unzulänglichkeit sind die oft untolerierbar hohen Viskositäten der Dispersionen.

Dieses Viskositätsproblem tritt besonders bei Einsatz von Aminen, die aromatische Strukturen enthalten, auf. Aromatische Amine, besonders auch deren Kondensate, soweit sie freie NH-Funktionen enthalten, werden aus Gründen der damit erreichbaren sehr guten Dispersionsqualität und -Stabilität häufig als Dispersionsbildner eingesetzt.

Außerdem führt der Aromatengehalt im dispersen Feststoff zu positiven Effekten im aus dem Dispersionspolyol hergestellten Polyurethan, wie zum Beispiel zu erhöhter Temperaturbeständigkeit. Diese günstigen Eigenschaften können jedoch infolge der hohen Produktviskositäten der aromatenhaltigen Dispersionspolyole nur beschränkt praktisch genutzt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Dispersionen aus aromatenhaltigen Aminen, Isocyanaten und Polyolen, das Produkte mit erweiterter Einsetzbarkeit in Polyurethan-Systemen ergibt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Disperisonen durch Umsetzung von Isocyanatkomponenten mit aromatenhaltigen Aminen, die gegebenenfalls durch Kondensation mit Formalin modifiziert sind, in Polyolen als Medium zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als aromatenhaltige Amine Gemische aus 0,5 Teilen bis 95Teilen Anilin, 0,1 Teilen bis SöTeilenCyclohexylamin, 0,5 Teilen bis 35 Teilen Cyclohexanol, 0,05 Teilen bis 10Teilen aliphatischem Alkohol, insbesondere Methanol und/oder Ethanol, 0,1 Teilen bis 5Teilen Anilinderivate, insbesondere N-Methylanilin, N-Ethy!anilin und/oderToluidin, 0,01 Teilen bis 1 Teil Nitroverbindungen und andere Cycloaliphaten, wie Cyclohexanon, 0,1 Teilen bis 50Teilen weiteren aromatischen Aminen, wie Amine der Diphenylmethanreihe und Toluylendiamine und gegebenenfalls Wasser bis zur Sättigung des Gemisches, eingesetzt werden.

Eine geeignete Modifizierung für die erfindungsgemäß eingesetzten Aminmischungen besteht in der Herstellung von Kondensaten durch Umsetzung mit Formalin.

Die Lösung der erfinderischen Aufgabe durch Einsatz oben genannter Gemische ist überraschend, da bisher Produkte, die Gemische der angegebenen Zusammensetzung darstellen, als für die Polyurethanchemie ungeeignete Abfallprodukte der Anilin-Toluylendiamin- und Diphenylmethandiaminherstellung ausgeschleust und in der Regel vernichtet werden. Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Amingemische wird die Viskosität der Dispersionspolyole in einem solchen Maße gesenkt, daß eine Verarbeitung zu Polyurethan möglich wird.

Ausführungsbeispiel 1

a) Vergleichsbeispiel

In einer Laborrührapparatur mit Thermometer und Tropftrichter werden 2420g eines Polyetheralkohols der Hydroxylzahl 47,8 mg KOH/g mit 98g Anilin innig verrührt. Dazu tropft man 174g Toluylendiisocyanat und erhöht die Temperatur des Reaktionsgemisches auf 110°C, bei der die Umsetzung über eine Zeit von 7 Stunden unter kräftigem Rühren erfolgt. Die entstehende stabile Dispersion hat folgende Kennwerte:

Hydroxylzahl: 45,8mg KOH/g Säurezahl: 0,25 mg KOH/g Wassergehalt: 0,13% Viskosität bei 25°C: 2628mPas

Feststoffgehalt: 10% B) Ausführungsbeispiel

In oben genannter Laborrührapparatur werden 2420 g des Polyetheralkohols der Hydroxylzahl 47,8mg KOH/g mit 95g eines Amingemisches nach Anspruch 1 vermischt und tropfenweise mit 174g Toluylendiisocyanat versetzt. Bei einer Temperaturvon 110⁰C und nach einer Zeit von 7 Stunden wird die Polyadditionsreaktion beendet. Die weiße stabile Dispersion hat folgende Kennwerte:

Hydroxylzahl: 45,4mg KOH/g Säurezahl: 0,25mg KOH/g Wassergehalt: 0,14% Viskosität bei 25⁰C: 2140mPas Feststoffgehalt: 10%

Ausführungsbeispiel 2 A) Vergleichsbeispiel

In einer Laborrührapparatur mit Thermometer und Tropftrichter werden 517 g eines Polyalkylenoxidproduktes der Hydroxylzahl 48,8mg KOH/g mit 41 g Kondensationsprodukt, hergestellt aus 361 g Anilin und 150g einer 37%igen wäßrigen Formalinlösung, das bei 100⁰C über eine Zeit von 3 Stunden kondensiert und anschließend die abgetrennte organische Phase 5 Stunden bei Rückflußtemperatur thermisch behandelt wird, versetzt. Dazu tropft man bei Raumtemperatur 17,4g Toluylendiisocyanat und läßt die Mischung 6 Stunden bei einer Temperatur von 90⁰C ausreagieren. Es entsteht eine Dispersion mit einer Viskosität bei 25°Cvon 3650mPasund einer Säurezahl von 0,5Tmg KOH/g.

B) Ausführungsbeispiel

In oben genannter Laborrührapparatur werden 517 g des Polyalkylenoxidproduktesder Hydroxylzahl 48,8mg KOH/g mit 40g eines Kondensationsproduktes, hergestellt aus 350 g eines Amingemisches nach Anspruch 1 und 150 g einer 37%igen wäßrigen Formalinlösung, das bei 100⁰C über eine Zeit von 3 Stunden kondensiert und anschießend die abgetrennte organische Phase 5 Stunden bei Rückflußtemperaturthermisch behandelt wird, versetzt. Dazu tropft man bei Raumtemperatur 17,4g

Toluylendiisocyanat und läßt die Mischung 6 Stunden bei einer Temperatur von 90°C ausreagieren. Es entsteht eine stabile

Dispersion mit einer Viskosität bei 25°C von 2850mPas und einer Säurezahl von 0,46mg KOH/g.

Der Vorteil dieser Dispersionsherstellung liegt darin; daß trotz der Verwendung einer Aminqualität, die bei der Destillation als Nebenprodukt anfällt, eine qualitätsmäßig gute Dispersion entsteht.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Dispersionspolyonen durch Umsetzung von Isocyanatkomponenten mit aromatenhaltigen Aminen, die gegebenenfalls durch Kondensation mit Formalin modifiziert sind, in Polyolen als Medium, dadurch gekennzeichnet, daß als aromatenhaltige Amine Gemische aus 0,5 Teilen bis95Teilen Anilin,

   0,1 Teilen bis 55Teilen Cyclohexylamin,

   0,5 Teilen bis35Teilen Cyclohexanol,

   0,05 Teilen bis lOTeilen aliphatischem Alkohol, insbesondere Methanol und/oder Ethanol, 0,1 Teilen bis5Teilen Anilinderivate, insbesondere N-Methylanilin, N-Ethylanilin und/oderToluidin, 0,01 Teilen bis 1 Teil Nitroverbindungen und andere Cycloaliphaten, wie Cyclohexanon, 0,1 Teilen bis 50 Teilen weiteren aromatischen Aminen, wie Amine der Diphenylmethanreihe und

   Toluylendiamine und gegebenenfalls Wasser bis zur Sättigung des Gemisches, eingesetzt werden.