DE1694656C3 - Stabilisierung von Polyesterurethanen gegen Hydrolyse und Alterung - Google Patents

Stabilisierung von Polyesterurethanen gegen Hydrolyse und Alterung

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DE1694656C3 DE19671694656 DE1694656A DE1694656C3 DE 1694656 C3 DE1694656 C3 DE 1694656C3 DE 19671694656 DE19671694656 DE 19671694656 DE 1694656 A DE1694656 A DE 1694656A DE 1694656 C3 DE1694656 C3 DE 1694656C3
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Description

H
R-C-
I ο
-C-R
O
IO
in der R Wasserstoff, einen niederen Alkyl- oder einen Phenylrest bedeutet, als Stabilisatoren gegen Hydrolyse und Alterung in Polyesterurethanen nach Anspruch 1.
3. Verwendung von Alkylen.carbonaten in Mengen von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf den Polyester, als Stabilisatoren gegen Hydrolyse und Alterung in Polyesterurethanen nach Anspruch 1 oder 2.
Die Zusatzstoffe der DT-AS 11 70 627 stellen zudem anorganische Verbindungen dar, welche mit den Polyurethanen unverträglich sind bzw. welche mit Wasser Reaktionsprodukte liefern, die mit den Polyurethanmassen unverträglich sind. Dies spielt für die Kompositionen der DT-AS 1170 627 keine Rolle, da es sich um pigmentierte Polyurethanmassen handelt. Eine derartige Unverträglichkeit ist jedoch in nicht pigmentierten Polyurethanmassen in höchstem Maße unerwünscht. Die nachstehend beschriebenen erfindungsgemäß einzusetzenden Stabilisaloren sind mit den Polyurethanmassen ebenso verträglich wie ihre Reaktionsprodukte mit den Zerselzungsprodukten der Polyurethane.
Auch die Zusatzstoffe der DT-AS 11 43 634 stellen mit Polyurethanen unverträgliche, anorganische Materialien dar. Auch hier spielt die Unverträglichkeit wegen der Anwesenheit von ohnehin unverträglichen Pigmenten keine Rolle.
Die wasserbindenden Mittel der DT-AS 11 64 079 sind zwar mit den Polyurethanen verträglich, die Zusatzstoffe sind jedoch als Hydrolyse-Stabilisatoren völlig unbrauchbar (vgl. Versuchsbeispiel 4).
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Polyesterurethane in hervorragender Weise gegen Hydrolyse und Alterung stabilisiert werden können, wenn man ihnen Alkylencarbonate, speziell Alkylencarbonate der allgemeinen Formel
H
R-C
C-R
35
Es ist bekannt, daß Polyesterurethane durch Hydrolyseeinflüsse Abbaureaktionen unterliegen. Diese Abbaureaktionen gehen in der Regel von den Esturbindungen aus. Man hat daher bereits versucht, die Stabilität von estergruppenhaltigen Verbindungen gegen Hydrolyse zu verbessern. So ist bereits bekannt, Carbodiimide oder Silikonverbindungen estergruppenhaltigen Verbindungen zwecks Erhöhung ihrer Resistenz gegen hydrolytische Einflüsse zuzusetzen. Diese Verbindungen sind jedoch vielfach nur schwierig zugänglich und kommen daher in der Praxis nur in beschränktem Maße zur Anwendung.
Wasserbindende Mittel, wie sie z. B. in den DT-AS 11 70 627, 11 64 079 oder 11 43 634 beschrieben sind, eignen sich nicht als Stabilisatoren gegen Hydrolyse und Alterung in Polyesterurethanen. Die Aufgabe derartiger wasserbindender Mittel beschränkt sich ganz einfach, wie bereits die Bezeichnung zum Ausdruck bringt, darauf, das in den Rohstoffen zur Polyurethanbildung vorhandene Wasser zu binden und ihm die Gelegenheit zu nehmen, mit den Isocyanatgruppen zu reagieren. Es kann jedoch nicht die Aufgabe der wasserbindenden Mittel sein, das Polyurethan gegen hydrolytischen Abbau beispielsweise durch Einwirkung der Luftfeuchtigkeit zu schützen, insbesondere, da eine derartige schützende Wirkung alsbald verschwinden muß, ganz einfach, weil das Zusatzmittel, welches nur in begrenzter Menge vorliegt, durch die unbegrenzte Menge des Wassers in der Luft sehr schnell verbraucht würde. In der Tat eignen sich die klassischen wasserbindenden Mittel nicht als Stabilisatoren gegen Hydrolyseeinflüsse.
O O
Il ο
in der R Wasserstoff, einen niederen Alkylrcst oder einen Phenylrest bedeutet, zusetzt. Diese Alkylencarbonate sind in sehr einfacher Weise, z. B. durch Umsetzung der entsprechenden Dihydroxyverbindungen mit Phosgen oder Diphcnylcarbonal, zugänglich und kommen daher für eine Stabilisierung der Polyesterurethane in breitestem Umfang in Betracht. Die dabei erzielten Ergebnisse übertreffen in der Regel die mit Hilfe der bereits bekannten Stabilisatoren erhaltenen Resultate hinsichtlich des Schutzes gegen Hydrolyse und Alterung und beeinträchtigen im übrigen das Werteniveau des Substrates nicht.
überraschenderweise wirken die erfindungsgemäß verwendeten Stabilisaloren nur in Polyesterurethanen. während in reinen Polyestern keine merkliche Wirkung zu beobachten ist.
Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung von Alkylencarbonaten als Stabilisatoren gegen Hydrolyse und Alterung in Polyesterurethanen.
Zur Herstellung der crlindungsgemäß zu stabilisierenden Polyesterurethane können beliebige Hydroxylpolyester Anwendung finden, wie sie z. B. aus Polycarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen zugänglich sind. Dabei können beliebige Polycarbonsäuren eingesetzt werden, z. B. 1,2.4-Benzoltricarbonsäure. Adipinsäure. Bernsteinsäure. Sebazinsäurc. Suberinsäure. Oxalsäure. Methyladipinsäure. Glutar-
:· e Pimelinsäure, Azelainsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Maleinsäure. Fumar-Pj. e 0(jer Hakonsäure. Desgleichen können mehrwertige Alkohole beliebiger Art zur Herstellung der Polyester Verwendung finden, z. B. Äthylengiykoi, s Propylenglykol, Butandiol-(1,4) bzw. -(1,3), Hexan-Jj0J.(1,6), Bis-ihydroxymethyljcyclohexan, Diäthylenglykol,' 2,2-Dimethylpropylenglykol, 1,3,6-Hexantriol Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit oder Glycerin. Zur Herstellung der erfindungsgemäß zu stabilisierenden Polyesterurethane sind z. B. solche auf Basis von Lactamen, Lactonen oder Polyestermiden geeignet. Polyesteramide werden bekanntlich so hergestellt, daß bei der Herstellung der Polyester amingruppenhaltige Verbindungen, z. B. Aminoalkohole Diamine oder Aminocarbonsäuren, mitverwendet werden, wobei als aminogruppenhaltige Verbindungen z. B. Hexamethylendiamin, Äthylendiamin, Butylendiamin, Phenylendiamin, Xylylendiamin, Diphenylmethan, Aminoäthanol, Aminobutanol. Aminobenzylalkohol, Aminoessigsäure oder Aminophthalsäure Verwendung finden können.
Zur Herstellung der erfindungsgemäß zu stabilisierenden Polyesterurethane kommen beliebige Polyisocyanate zur Umsetzung mit den Hydroxylpolyestern, z.B. 1,4-Butandiisocyanat, 1,6-Hexandiisocyanat, 1,3- bzw. 1,4-Phenylendiisocyanat, 1,4-Cyclohexandüsocyanat, 2,4- bzw. 2,6-Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, halogensubstituierte Phenylendiisocyanate, wie 4-Chlor-1,3-phenylendiisocyanat, ferner l-Methyl-3,5-diäthyl-26- bzw. -2,4-phenylendiisocyanat, 6-Methyl-2,4-diä'thyl - 5 - nitro - 1,3 - phenylendiisocyanat, m- bzw. p-Xylylendiisocyanat, 3-(«- Isocyanatoäthyl)-phenylisocyanat. l-Methyl-2,4- bzw. -2,6-cyclohexandiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren. 4,4'-Diphenyldiisocyanat, 1,5-Naphthylcndiisocyanat. 24,4'-Diphenyläthertriisocyanat oder 2,4,6-Triisocva'nato-1 -methyW.S-diäthylbenzol.
Polyesterurethane auf Basis von Toluylendiisocyanat sowie ^'-Diphenylmethandiisocyanat werden bevorzugt auf diese Weise stabilisiert. Ferner werden Polyesterurethane bevorzugt stabilisiert, bei denen als Polyester ein Umsetzungsprodukt von Adipinsäure mit einem mehrwertigen Alkohol eingesetzt worden ist.
Zur Herstellung der erfindungsgemaß zu stabilisierenden Polyesterurethane können beliebige Hydroxylpolyester mit beliebigen Polyisocyanaten, gegebenenfalls in Gegenwart eines Kettcnverlängerungsmittels zur Umsetzung kommen. Dieses Kettenverlängerungsmittel hat in der Regel ein Molekulargewicht unter 500 und ist z. B. Wasser, Äthylenglykoi, Propylenglykol, Butandiol-(1,4), Butendiol, Butindiol. Xylylenglykol, Neopentylglykol, 1,4- bzw. 1,3 - Pheny len - bis - (// - hydroxyäthyläthcr), Hexandiol, Äthylendiamin, Hexamethylendiamin, Phenylendiamin Toluylendiamin, Xylylendiamin, 3,3'-Dichlorbenzidin, 2,6-Diaminopyridin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan Äthanolamin, 2,2-Dimethylpropanolamin, ρ - Aminobenzylalkohol, N,N' - Dimethylhydrazin, Carbodihydrazid, Isophthalsäurehydrazid, i^-Aminocapronsäurehydrazid oder Bis-semicarbazid. Als erfindungsgemaß zu verwendende Alkylencarbonate kommen solche beliebiger Art in Frage, z. B. Äthylencarbonat, 1,2-Propylencarbonal, 1,2-Butylencarbonat. 2,3-Butylencarbonat, 1.2- bzw. 2,3-Amylcncarbonat. Γ2-. 2.3- bzw. 3,4-Hexylencarbonat, Styrolcarbonat.
besonders bevorzugt aber Alkylencarbonate der allgemeinen Formel
H H
I I
R-C C-R
O O
Il ο
in der R Wasserstoff, einen niederen Alkylrest oder einen Phenylrest bedeutet. Speziell bevorzugt sind Äthylencarbonat oder Propylencarbonat als erfindungsgemäß zu verwendende Alkylencarbonate. Eine sehr vorteilhafte Methode zur Herstellung von Alkylencarbonaten ist z. B. die Umsetzung eines 1,2-Glykols der allgemeinen Formel
H H
i I
HO —C —C-OH
R R
in der R die schon genannte Bedeutung besitzt, mit
Phosgen.
Die erfindungsgemäße Stabilisierung kann z. B. durch Zusatz zum Polyester, Polyisocyanat. gegebenenfalls auch Ketienverlängcrungsmittel, oder dem fertigen Polyesterurethan erfolgen. Die Zugabe des Alkylencarbonats kann ebenfalls in beliebiger Form, z. B. in Lösung oder durch Einwalzen, Einrühren oder durch eine beliebige andere Technik erfolgen.
Gerade die Verwendung von Alkylencarbonate!! zur Stabilisierung von Polyesterurcthanen gemäß Erfindung ist gegenüber den bisher bekannten Stabilisierungsmelhodcn für Polyesterurethane besonders vorteilhaft. Alkylencarbonate zeigen nämlich eine sehr hohe Wirksamkeit bei der Stabilisierung von Polyestcrurethanen gegen Hydrolyse und Alterung, da sie selbst nicht, wie z. B. Carbodiimide, zu einer Polymerisation neigen. Sie können darüber hinaus z. B. dem Polyester oder dem Kettenverlängerungsmittel vor der Reaktion mit Polyisocyanaten zum Polyesterurethan zugesetzt werden, da sie weder die Polyaddilionsreaktion beschleunigen noch mit lsocyanatgruppen in Reaktion treten, wodurch z. B. eine Verminderung der Anzahl der gebildeten Urcthangruppcn erfolgen würde. Auf Grund all dieser Vorteile sind Alkylencarbonate somit besonders geeignet zur Stabilisierung von Polyestcrurethanen. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsweise besteht darin. Alkylencarbonate mit Carbodiimiden zwecks Stabilisierung von PoIycsterurethanen ?:u kombinieren. Dabei wird noch eine zusätzliche Steigerung der stabilisierenden Wirkung gegen Hydrolyse und Alterung erreicht. Allerdings ti ill durch diese Kombination nicht eine additive Wirkung auf, sondern ein synergistischer Effekt, so daß die Kombination eine bedeutend überlegenere Wirkung zeigt als z. B. der Siabilisierungseffekt unter Verwendung von gleich hohen Anteilen an einzelnen Stabilisatorkomponenten zeigen würde. Als Carbodiimide können grundsätzlich solche beliebiger Art verwendet werden, z. B. solche wie sie aus den USA.-Patentschriften 3193 522. 3193 523. 3193 524 und 31 93 525 bekannt sind.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Alkylencarbonate können dem Polyesteruretban grundsätzlich in beliebigen Mengen zugefügt werden, denn ein stabilisierender Effekt tritt in jedem Fall auf. Es ist hingegen bevorzugt, daß das Alkylencarbonat im Polyesterurethan in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Polyesters, vorhanden ist.
In den folgenden Beispielen stellen die Teile Gewichtsteile dar, wenn nicht anders angegeben.
Vergleichsbeispiel 1
100 Teile eines Hydroxylpolyesters vom Molekulargewicht 2000 und der Hydroxylzahl 56, der aus 11 Mol Äihyknglykol und 10 Mol Adipinsäure hergestellt worden ist, werden mit 60Teilen 4,4'-Dinhenylmethandiisocyanat und 16 Teilen Butandiol-(),4) versetzt. Das Reaktionsgemisch wird auf eine erhitzte Metallplatte zwecks Herstellung von Prüfkörpern gegossen. Diese Prüfkörper zeigen die folgenden Eigenschaften:
Vor der
Hydrolyse
Nach
48 Stunden
100 C
100%
relative
Nach
96 Stunden
HX) C
HK)0O
relative
Feuchtig- Fc chtig-
Zugfestigkeil, kp'cnr 760
Bruchdehnung, % 600
Bleibende Dehnung, %
{10 Min. nach Bruch)
Modul bei 100%,
kp cm2
Modul bei 300%,
kp/cm2
Shore-A-Härte
Strukturfestigkeit,
kp'cm
83,7
159
93
13,6
Beispiel
kcit
269
690
105
71,8
109
92
14.2
keil
59
160
10
5,9
89
1,44
Das Verfahren gemäß Vcrgleichsbeispiel 1 wird wiederholt. Es wird jedoch 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyeslergewicht, Athylcncarbonat dem Polyester vor der Umsetzung mit dem Polyisocyanat hinzugefügt. Die erhaltenen Prüfkörper zeigen die folgenden Eigenschaften:
Vor der Nach Nach
Hydro 48 Sld. %Std.
lyse 100 C IOC C
HX!'"/;, KX)",,
relative relative
!■'cuchiip- Feuchtig
kcit keit
Zugfestigkeit, kp cm2 577 542 220.5
Bruchdehnung, % 560 590 500
Bleibende Dehnung, % 30 40 60
Modul bei 100%.
kp/cm2 87.2 86.5 78.7
Shorc-A-Härte 93 92 90
Strukturfestigkeit.
InVm 10.4 10.25 9 f
Beispiel 2
Das Verfahren gemäß Vergleichsbeispiel 1 wira wiederholt, wobei jedoch 5 Gewichtsprozent Ätnylencarbonat, bezogen auf das Polyestergewicht, dem Polyester vor der Reaktion mit dem Polyisocyanat hinzugefugt werden. Die erhaltenen Prüfkörper zeigen die folgenden Eigenschaften:
35 Zugfestigkeit, kp'cm2
Bruchdehnung, %
Bleibende Dehnung. %
Strukturfestigkeit, kp cm
Vor der Nach
Hydrolyse 48 Stunden
KK) C
KK)",,
relative
Feuchtigkeit
535 394
550 570
28 65
9.6 12.2
Es wurde festgestellt, daß die ursprüngliche Zugfestigkeil der Prüfkörper vor dem Hydrolyseversuch einen Abfall zeigt, der vermutlich auf einen Weichmachereffekt des Zusatzes zurückzuführen ist. Es zeigt sich jedoch, daß allgemein die Eigenschaften nach dem Hydrolysetest bei Verwendung des Stabil isators gegenüber den Werten des unstabilisierlen Polyestcrurethans drastisch verbessert sind.
Beispiel 3
Man arbeitet gemäß Vcrgleichsbeispiel 1. setzt hingegen 1 Gewichtsprozent Propylcncarbonat. bezogen auf das Polyestergewicht, dem Polyester vor der Umsetzung mit dem Polyisocyanai hinzu. Die Prüfkörper zeigen die folgenden physikalischen Eigenschaften:
45
Vor der 4X Stunden
Hydrolyse KXi C
KK)",,
relative
Fcuehtiükei
Zugfestigkeit, kp cm3 450 334
Bruchdehnung. % 560 590
Bleibende Dehnung. % 31 90
55 Strukturfestigkeil, kp cm 11.5 11.15
Vergleichsbcispiel 2
60
Man wiederholt die Arbeiisweise gemäß Vergleichsbcispiel 1 mit der Ausnahme, daß der Polyester aus 11 Mol Butandiol-(1.4) und 10 Mol Adipinsäure her-6s gestellt ist. Dieser Polyester ha· eine Hydroxylzahl von 56 und ein Molekulargewicht von 2000. und das erhaltene Polyesterurethan /eiui in 1-orm von Prüfkörpern die folgenden physikalischen Eigenschaften:
Vor der
Hydrolyse
Zugfestigkeit, kp cm2
Bruchdehnung, %
Bleibende Dehnung, %
Modul bei 100%.
kp/cm2
Modul bei 300%.
kpcm2
Shore-A-Härtc
Strukturfestigkcit,
545
430
88.0
273
92
Nach
48 Stunden
KX) C
100%
relative
Feuchtigkeit
538
530
30
85.6
193
92
Nach
96 Stunden
HX) C"
100%
relative
Feuchtigkeit
318
510
49
88,0
167
93
IO süurclriüthylcsler (A) bzw. !Gewichtsprozent Äthylcncarbonat (B) zugcset/.i worden waren und der aus 1! Mol Äthylcnglykol und 10 Mol Adipinsäure hergestellt worden war. jeweils 60 Gcwichisteilcn 4.4'-Diphenylmethandiisocyanat u"d jeweils 16Gcwichtsteilen Butandiol-(1.4) zwei Prüfkörper hergestellt. Diese Prüfkörper zeigen die folgenden Eigenschaften:
Vor Hydrolyse Nach 48 Sld.
100 C 100%
relative
Feuchtiekeii
Zugfestigkeit, kp cm2 150 545 66 413
Bruchdehnung, % 590 635 115 650
Bleibende Dehnung. % 145 75 25 85
Modul bei 100%.
7.2 12.05 14.9 20 kP/cm 79 82
66
Beispiel 4
Die Verfahrensweise von Vcrgleichsbcispicl 2 wird wiederholt, man setzt jedoch dem Polyester vor der Reaktion mit dem Polyisocyanat 1 Gewichtsprozent Äthylcncarbonat. bezogen auf das Polycstcrgcwicht, hinzu. Die Polyesterurethan-Prüfkörper zeigen die folgenden physikalischen Eigenscharten:
30
35
40
45 Der Verglcichsversueh unter Verwendung von Orthoamcisensäurctriäthylcstcr zeigt nicht nur die schlechte Eignung dieses Zusatzmittels als Hydrolysestabilisator, sondern vielmehr auch, daß die Eigenschaften des Elastomeren, insbesondere seine Zugfestigkeit, bereits vor dem Hydrolysetest weil schlechter als die des erfindungsgemäß stabilisierten Elastomeren sind.
Vor der Nach Nach
Hydro 48 Stun QoStun-
lyse den dcn
100 C 100 C
100% 100%
relative relative
Feuchtip- Feuchtig
keit keit
Zugfestigkeit, kp cm2 493 526 537
Bruchdehnung. % 400 520 580
Bleibende Dehnung. % 10 25 42
Modul bei 100%.
kp cm2 91 84.5 86,5
Modul bei 300%.
kp cm2 269 262 249
Shorc-A-Härte 92 92 97
Strukturfestigkcit.
kp/cm 7.2 11.5 15.2
Vor der
Hydrolyse
Nach
48 Stunden
100 C
- 100%
relative
Feuchtigkeit
Zugfestigkeit, kp cm2
Bruchdehnung, %
Bleibende Dehnung. %
Strukturfestigkeit, kp cm
428
510
65
■ 15.5
216
470
80
6.5
B c i s ρ i el 5
Verglcichsbeispiel 3
100 Teile eines Hydroxylpolyesters vom Molekulargewicht 2000 und einer Hydroxylzahl 56. der durch Umsetzung von 11 Mol Butandiol-(!,4) und 10 Mol Adipinsäure hergestellt worden ist. werden mit 33 Teilen Hydrochinon - bis - (,; - hydroxyäthyläthcr) und 60 Teilen 4.4' - Diphenylmethandüsocyanat versetzt. Die Komponenten werden 1 Minute innig vermischt und dann auf eine Platte gegossen. Prüfkörper werden hergestellt, welche die folgenden physikalischen Eigenschaften zeigen:
Vcrgleichsbeispicl 4
Gemäß der Arbeitsweise des Verglcichsbcispicls 1 werden aus je 100 Gcwichtslcilen eines Hydroxylpolyesters vom Molckulargewich! 2(XX) und der Hydroxyl/ahl 56. welchem 1 Gewichtsprozent Amciscn-Man arbeitet gemäß Verglcichsbeispiel 3. setzt jedoch dem Polyester vor der Reaktion mit dem lsocyanat 1 Gewichtsprozent Äthylencarbonat. bezogen auf das Polyestergewicht, hinzu. Die erhaltenen Prüfkörper zeigen die folgenden physikalischen Eigenschaften:
55
60 Zugfestigkeit, kp cm2
Bruchdehnung. %
Bleibende Dehnung. %
Stnikturfestigkeit. kp cm
Vor der
Hydrolyse
Nach
48 Stunden
100 C
100%
relative
Feuchtigkeit
418 425
440 440
50 40
6.67 7.4
609 609/78

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verwendung von Alkylencarbonaten als Stabilisatoren gegen Hydrolyse und Alterung in Polyesterurethanen.
2. Verwendung von Alkylencarbonaten der a'lgemeinen Formel
DE19671694656 1966-12-19 1967-12-18 Stabilisierung von Polyesterurethanen gegen Hydrolyse und Alterung Expired DE1694656C3 (de)

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US602577A US3401144A (en) 1966-12-19 1966-12-19 Stabilized polyesterurethanes
US60257766 1966-12-19
DEM0076621 1967-12-18

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Publication Number Publication Date
DE1694656A1 DE1694656A1 (de) 1971-08-26
DE1694656B2 DE1694656B2 (de) 1975-07-03
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