DE1770068B2 - Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von PolyurethanenInfo
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Description
in einem Äquivalentverhältnis von — X-NHR zu Formaldehyd zwischen 1 :03 und 1 :4 erhaltenen
Umsetzungsprodukte, die in der 0,5- bis 4fachen Wassermenge, bezogen auf die Polyurethanmenge,
dispergiert sind, verwendet
_'(i Zur Herstellung von Polyurethanen aus wäßrigen
Polyurethandispersionen sind eine Reihe von Verfahren bekannt.
So kann man Prepolymere mit endständigen reaktionsfähigen Isocyanatgruppen, welche durch Reaktion
r, von Verbindungen, welche aktive Wasserstoff a tome tragen, mit einem stöchiometrischen Überschuß an
Diisocyanaten erhalten worden sind, in einem organischen Lösungsmittel lösen und mit Hilfe von Emulgatoren
unter der Wirkung starker Scherkräfte in Wasser
in oder Lösungen von Diaminen in Wasser emulgieren,
vgl. DE-AS 10 97 678. Hierbei wird primär eine Emulsion des reaktiven Prepolymeren erzeugt. Durch
Eindiffundieren von Wasser bzw. Diamin in die Emulsionströpfchen und Reaktion mit den Isocyanat-
D gruppen kommt eine kettenaufbauende Reaktion zustande, so daß schließlich Dispersionsteilchen von
polymeren Polyurethanharnstoffen gebildet werden.
Das Verfahren hat den Nachteil, daß sich die kettenaufbauende Reaktion nur schlecht beeinflussen
und steuern läßt, da sie im Emulsionströpfchen erfolgt
und bekanntermaßen die kettenaufbauende Reaktion aus Polyisocyanaten und Wasser bzw. Diaminen unter
starker Kettenverzweigung verläuft. Vor allem aber sind die erhaltenen Dispersionen nicht über längere Zeit
4-, stabil.
Die Nachteile lassen sich zum Teil durch eine kontinuierliche Herstellungsweise, bei der die Emulgierung
des Prepolymeren bei tiefer Temperatur durchgeführt und anschließend das Diamin zugesetzt wird,
>o vermeiden. Man erhält jedoch auch nach dieser
Verfahrensvariante relativ grobe, zur Sedimentation bzw. Koagulation neigende Dispersionen. Die daraus
bei Raumtemperatur hergestellten Überzüge, Folien und Imprägnierungen weisen eine sehr schlechte
-,ι Wasserbeständigkeit auf. Es ist bisher nicht gelungen,
auf der Grundlage dieses Verfahrens Latices mit Teilchengrößen unter 400 πιμ herzustellen, die auch bei
Raumtemperatur oder wenigstens bei Temperaturen unter 8O0C zu Überzügen mit guten Gebrauchscigen-
Mi schäften auftrocknen. Auch die Herstellung grobdisperser
sedimentierender, aber redispergierbarer Dispersionen gelingt nicht nach diesem Verfahren.
Weiterhin sind eine Reihe von Verfahren bekannt, emulgatorfreie Polyurethandispersionen dadurch her-
h-> zustellen, daß kationische oder anionische Salzgruppen
in die Ketten des Polyurethanpolymeren eingebaut werden und Lösungen solcher Polyurethane in organischen
Lösungsmitteln mit Wasser vermischt werden.
Nach Abdestillieren des organischen Lösungsmittels erhält man stabile wäßrige Polyurethandispersionen.
Es wurden auch bereits derartige ionische Polyurethane ohne Mitverwendung von Lösungsmitteln in
Wasser dispergiert So läßt sich beispielsweise ein endständig isocyanatmodifiziertes ionisches Polypropylenglykolpolyurethan
in heißer flüssiger Form in Wasser eindosen oder mit Hilfe von Rührern, die hohe
Scherkräfte ausüben, in Wasser verteilen. Durch Reaktion der Emulsionströpfchen mit dem Wasser
können auch auf diese Weise Dispersionen hochmolekularer Polyurethane erhalten werden.
Eine derartige Arbeitsweise ist indessen technisch aufwendig und schwierig reproduzierbar. Weiterhin ist
sie praktisch aui niedrigviskose Polyätherpolyurethane beschränkt
Es ist weiterhin bekannt, in Wasser dispergierte oder
gelöste Polyurethane durch Formaldehyd zu vernetzen, vgl. DE-PS 11 87 012. Hierzu werden der Polyurethandispersion
im Verlaufe ihrer Herstellung Formaldehyd, solchen abgebende oder wie solcher reagierende
Substanzen zugesetzt die beim anschließenden Trocknungsvorgang unter Vernetzung mit dem Polyurethan
reagieren. Die Zugabe wäßriger Lösungen des Formaldehyds während des Aufbaus der Polyurethane in
Gegenwart freier NCO-Gruppen kommt dabei selbstverständlich nicht in Betracht, da das Wasser sofort mit
den freien NCO-Gruppen reagieren würde, was Verquallung zur Folge hätte.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß bisher Polyurethandispersionen mit guten technischen Eigenschaften
praktisch nur unter Mitverwendung organischer Lösungsmittel hergestellt werden konnten. Bei
der Emulgierung von Prepolymeren mit freien NCO-Gruppen mit Hilfe von Emulgatoren unter der
Einwirkung von Scherkräften werden als Lösungsmittel vorzugsweise Kohlenwasserstoffe angewandt, die im
Latex belassen werden; bei der Herstellung von Dispersionen von Polyurethappolyelektrolyten wird das
bei der Herstellung mitverwendete niedrigsiedende Lösungsmittel aus der gebildeten Dispersion wieder
abgezogen und im Kreislauf geführt. Die Dispersionen sind zwar bei der Applikation völlig frei von
organischen Lösungsmitteln, jedoch ist die Herstellungsmethode wirtschaftlich wenig befriedigend.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man ohne Verwendung organischer Lösungsmittel und
mit einfachsten Mitteln rein wäßrige Polyurethandispersionen und daraus Polyurethane auf einfache Weise
herstellen kann.
Überraschenderweise gelingt es nämlich, bei der Herstellung von Polyurethanen, die nachfolgend beschriebenen
Methylolgruppen aufweisenden festen oder flüssigen, verhältnismäßig niedermolekularen Polyurethanpolyelektrolyte
durch Vermischen mit Wasser zu dispergieren und vor und/oder während und/oder nach
dem Entfernen des Wassers durch Wärmebehandlung bei 25 bis 2000C über Methylenbrücken weiter zu
verlängern.
Die dabei verwendeten Methylolgruppen aufweisenden niedermolekularen Polyurethanelektrolyte sind
dabei entweder durch Umsetzung von bestimmten von NCO-Gruppen freien Polyurethanpolyelektrolyten,
welche endständig mit Reaktivgruppen versehen sind, die gegenüber Formaldehyd besonders reaktionsfähig
sind, während oder unmittelbar vor der Dispergierung in Gegenwart von Wasser mit Formaldehyd oder durch
Umsetzung eines bestimmten NCO-Gruppen enthaltenden Prepolymeren mit reaktive Methylolgruppen
enthaltenden Verbindungen hergestellt worden. Entgegen der Erwartung erfolgt hierbei keine vorzeitige
Vernetzung; vielmehr wird der Dispergiervorgang durch den Formaldehydzusatz bzw. die endständigen
Methylolgruppen wesentlich erleichtert Erst im Anschluß an die Dispergierung erfolgt durch die Wärmebehandlung
somit eine Kettenverlängerung zum hochmolekularen Polyurethan.
Es muß als für den Fachmann außerordentlich überraschend bezeichnet werden, daß die Herstellung
wäßriger Polyurethandispersionen, also eines kolloiden Zweiphasensystems gemäß der Erfindung ohne Zuhilfenahme
von 1.) Emulgatoren, 2.) Dispergiervorrichtungen, wie Schnellrührer oder andere hohe Scherkräfte
ausübende Einrichtungen, und 3.) Lösungsmitteln möglich ist, während nach Stand der Technik mindestens
eines dieser Hilfsmittel nötig ist, und trotzdem aus den so gewonnenen Dispersionen z. B. hydrophobe
Oberzüge erhalten werden.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen durch Wärmebehandlung
bei 25 bis 2000C von in Wasser dispergieren,
Methylolgruppen aufweisenden, festen oder flüssigen Polyurethanpolyelektrolyten, wobei die Wärmebehandlung
vor und/oder während und/oder nach dem Entfernen des Wassers erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß man
a) als Methylolgruppen aufweisende feste oder flüssige Polyurethanpolyelektrolyte solche verwendet,
die durch Umsetzung von NCO-Gruppen enthaltenden Prepolymeren und Methylol verbindungen
erhalten worden sind und die
1) ein durchschnittliches Molekulargewicht von weniger als 25 000,
2) hydrophobe, nichtionische Kettensegmente von mindestens 60 Kettengliedern,
3) einen Gehalt von 4 bis 120 Milliäquivalent-% an
Salzgruppen oder zur Salzbildung befähigten Gruppen, welche im Verlauf des Verfahrens in
Salzgruppen überführt werden, und
4) bei 1200C eine Viskosität von weniger als 1500
Poise aufweisen und die bei 20 bis 150° C mit der
0,5- bis 4fachen Wassermenge, bezogen auf den Polyurethanpolyelektrolyteh, dispergiert sind,
oder man
b) als Methylolgruppen aufweisende feste oder flüssige Polyurethanpolyelektrolyte, die durch
Einwirkung von Formaldehyd enthaltenden wäßrigen Lösungen bei Temperaturen über 500C auf von
NCO-Gruppen freie Polyurethanpolyelektrolyte, die aus Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen
mit einem Molekulargewicht von 50 bis 20 000 und Polyisocyanaten erhalten worden
sind und die
1) ein durchschnittliches Molekulargewicht von weniger als 25 000,
2) hydrophobe, nichtionische Kettensegmente von mindestens 60 Kettengliedern,
3) einen Gehalt von 4 bis 120 Milliäquivalent-% an
Salzgruppen oder zur Salzbildung befähigte Gruppen, welche erst nach Zugabe der Formaldehyd enthaltenden wäßrigen Lösungen
in die Salzform überführt werden,
4) bei 12O0C eine Viskosität von weniger als 1500
Poise und
5) endständige, gegenüber Formaldehyd reaktionsfähige Gruppen der allgemeinen Formel
-X-NHR
aufweisen, in der
X eine -CO-, -CS-, -SO2-, -NR-CO-, -NR-CS-, -O-CO-, -S-CO-, -O-CS-,
-0-SO2-, -CNR-. -NR-CNR-.
-CO-NR-CO- oder -CS-NR-CS-Gruppe bedeutet und
R Wasserstoff oder einen Alkylrest oder einen Alkenylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, welcher
auch Teil eines heterocyclischen 5- oder 6-Rings mit 1 bis 3 Heteroatomen sein kann, der durch
-OH. -OCH3, -OC2Hs, -CCl3, -COOH oder
-SO3H substituiert sein kann, oder —CN,
-CO-R', -SO2-R', wobei R' für einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkoxy- oder Carboxy alkyl-Rest mit 1 bis
4 Kohlenstoffatomen steht bedeutet oder Teil eines 5- bis 7gliedrigen heterocyclischen Rings mit
1 bis 3 Heteroatomen ist, bei dem sich die Gruppe - C - NH - R innerhalb des Rings befindet,
in einem Äquivalentverhältnis von -X-NHR zu Formaldehyd zwischen 1 :0,3 und 1 :4 erhaltenen
Umsetzungsprodukte, die in der 0,5- bis 4fachen Wassermenge, bezogen auf die Polyurethanmenge,
dispergiert sind, verwendet.
Von der Verfahrensvariante a) ist eine solche bevorzugt, bei der man als Methylolgruppen aufweisenden
(potentiellen) Polyurethanpolyelektrolyten einen solchen verwendet, welcher
1) ein durchschnittliches Molekulargewicht von 2000 bis 10 000,
2) hydrophobe, nichtionische Kettensegmente von mindestens 60 Kettengliedern,
3) einew Gehalt von 8 bis 80 Milliäquivalent-°/o an Salzgruppen oder zur Salzbildung befähigten
Gruppen, welche im Verlauf des Verfahrens in Salzgruppen übergeführt werden, und
4) bei 12O0C eine Viskosität von 100 bis 1000 Poise
aufweist, und diesen bei 50 bis 130° C in Wasser
dispergiert, wobei die Wassermenge das 0,5- bis 4fache der Polyurethanpolyelektrolytmenge beträgt, und die
Polyurethanpolyelektrolyte vor und/oder während und/oder nach dem Entfernen des Wassers einer
Wärmebehandlung bei 70 bis 150° C unterworfen werden.
Dabei sind als reaktionsfähige Methylolgruppen aufweisende Verbindungen speziell Amin-Formaldehydharze
oder Phenol-Formaldehydharze mit freien Methylolgruppen geeignet.
Zweckmäßig ist es auch, die Polyurethandispersionen vor, während oder nach der Wärmebehandlung auf
einen pH-Wert zwischen 4 und 2 einzustellen.
Eine weitere Ausführungsform is* die Verfahrensvariante b), die sich als besonders zweckmäßig erwiesen
hat.
Von der Verfahrensvariante b) kommt bevorzugt eine Ausführungsform in Betracht, welche darin besteht, daß
der Methylolgruppen aufweisende Polyurethanpolyelektrolyt aus einem aus Verbindungen mit reaktionsfähigen
Wasserstoffatomen mit einem Molekulargewicht von 50 bis 8000, und Polyisocyanaten erhaltenen, von
NCO-Gruppen freien (potentiellen) Polyurethanpolyelektrolyten, der
1) ein durchschnittliches Molekulargewicht von 2000 bis 10 000,
2) hydrophobe, nichtionische Kettensegmente von mindestens 60 Kettengliedern,
3) einen Gehalt von 8 bis 80 MiIliäquivalent-% an
Saizgruppen,
4) bei 1200C eine Viskosität von 50 bis 1000 Poise und
5) endständige, gegenüber Formaldehyd reaktionsfähige
Gruppen der allgemeinen Formel
-X-NHR
aufweist, wobei
aufweist, wobei
X für -CO-, -CS-. -SO2-, -NR-CO-.
-NR-CS-. -O-CO-, -S-CO-
-O-CS-, _O-SO2-, -CNR-,
-NR-CNR-. -CO-NR-CO- oder -CS-NR-CS steht und
R Wasserstoff oder einen Alkylrest oder Alkenylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, welcher auch Teil
eines heterocyclischen 5- oder 6-Rings mit 1 bis 3 Heteroatomen, der durch -OH. -OCH3
-OC2H5, -CCl3, -COOH, -SO3H. substituiert
sein kann, oder -CN, -CO-R', -SO2-R', wobei
R' für einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkoxy- oder Carboxyalkyl-Rest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
steht, bedeutet,
durch Einwirkung von Formaldehyd enthaltenden wäßrigen Lösungen bei Temperaturen von 80 bis 15O0C
hergestellt worden ist, wobei das Äquivalentverhältnis -C-NHR zu Formaldehyd zwischen 1 Ό.3 und I :4
und die Wassermenge das 0,5- bis 4fache der Polyurethanmenge beträgt.
Dabei soll die Einwirkung der Formaldehyd enthaltenden wäßrigen Lösung vorzugsweise bei pH-Werten
zwischen 9 und 4.1 erfolgen. Als gegenüber Formaldehyd reaktionsfähige Gruppe -C-NHR kommt bevorzugt
eine unsubstituierte —CO-NH2-Gruppe oder
eine unsubstituierte -NH-CO-NH2-Gruppe oder
Biuretgruppe in Frage.
Als erfindungsgemäß verwendbare Polyurethanpolyelektrolyte
kommen ganz besonders solche in Frage, die eine der folgenden Salzgruppen enthalten:
— S— —N— — P:
-SO3 —O—SO3
-CO
O
-SO2
-SO2
und
/
— P
— P
Il \
O R
(R = Alkyl, Cycloalkyl, Aralkyl, Aryl).
b5 Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung bestehen auch darin, daß man die Polyurethandispersionen vor, während oder nach der Wärmebehandlung
auf einen pH-Wert zwischen 4,2 und 2
einstellt.
Unter Dispersionen werden in diesem Zusammenhang allgemein heterogene zweiphasigt Wasser-Polyurethansysteme
verstanden, insbesondere solche, bei denen Wasser die kontinuierliche Phase bildet. Der >
Begriff umfaßt auch sedimentierende Suspensionen mit Teilchendurchmessern über ca. 5 μ sowie Kolloidlösungen
oder Sole mit Teilchendurchmessern von 10 bis 100 μ. Optisch klare, homogene wäßrige Lösungen sind
jedoch hierunter nicht zu verstehen. m
Die zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Polyurethanpolyelektrolyte geeigneten Verbindungen
mit mehreren reaktionsfähigen Wasserstoffatomen sind linear oder verzweigt und haben ein Molekulargewicht
von 50 bis 20 000. vorzugsweise von 50 bis 8000. ι > Diese an sich bekannten Verbindungen besitzen
endständige Hydroxyl-, Carboxyl-, Amino- oder Mercaptogruppen. Bevorzugt sind, soweit es sich um
höhermolekulare Verbindungen handelt, Polyhydroxylverbindungen, wie Polyester, Polyacetale, Polyäther,
Polythioäther, Polyamide und Polyesteramide oder auch Vinylpolymere mit mehr als einer Hydroxylgruppe.
Als Polyäther seien z. B. die Addukte des Styroloxyds, Äthylenoxyds, Propylenoxyds, Tetrahydrofurans, Butylenoxyds,
Epichlorhydrins sowie ihre Misch- oder 2> Pfropfpolymerisationsprodukte sowie die durch Addition
dieser Alkylenoxyde an mehrwertige Alkohole oder deren Mischungen und die durch Alkoxylierung
von mehrwertigen Alkoholen, Aminen, Polyaminen und Aminoalkoholen gewonnenen Polyäther genannt. Auch «>
isotaktisches Polypropylenglykol kann Verwendung finden. Produkte mit hohem Alkylenoxidgehalt sind
ungeeignet, soweit sie zu wasserlöslichen Polyurethanen führen.
Als Polyacetale kommen z. B. die aus Glykolen, wie j?
Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, 4,4'-Dioxyäthoxy-diphenyldimethylmethan
und Hexandiol. und Formaldehyd herstellbaren Verbindungen in Frage. Auch durch Polymerisation cylischer Acetale lassen sich geeignete
Polyacetale herstellen.
Unter den Polythioäthern seien insbesondere die Kondensationsprodukte von Thiodiglykol mit sich
selbst und/oder mit anderen Glykolen, Dicarbonsäuren, Formaldehyd, Aminocarbonsäuren oder Aminoalkoholen
angeführt. Je nach den Cokomponenten handelt es sich bei den Produkten um Polythioäther. Polythiomischäther,
Polythioätheresteroder Polythioätheresteramide. Derartige Polyhydroxyverbindungen können
auch in alkylierter Form bzw. in Mischung mit Alkylierungsmitteln angewandt werden.
Zu den Polyestern, Polyesteramiden und Polyamiden zählen die aus mehrwertigen gesättigten und ungesättigten
Carbonsäuren bzw. deren Anhydriden und mehrwertigen gesättigten und ungesättigten Alkoholen,
Aminoalkoholen, Diaminen. Polyaminen und ihren Mischungen gewonnenen. Oberwiegend linearen oder
verzweigten Kondensate, sowie z. B. Polyterephthalate oder Polycarbonate. Auch Polyester aus Lactonen, z. B.
ε-Caprolacton, oder aus Hydroxycarbonsäuren sind
verwendbar. Die Polyester können Hydroxyl oder eo Carboxylendgruppen aufweisen. Zu ihrem Aufbau
können als Alkoholkomponente auch höhermolekulare Polymerisate oder Kondensate, wie z. B. Polyäther,
Polyacetale und Polyoxymethylene, (mit)verwendet werden. Ungesättigte Polyester können mit Vinylmonomeren
gepfropft sein.
Besonders geeignete Aufbaukomponenten für Polyestersind:
Äthylenglykol, Diäthylenglykol,
Triäthylenglykol.Tetraäthylenglykol,
1.2-Propylenglykol, 1,3-Propylenglykol,
2,3-Butandiol, 1.4-Butandiol,
1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol,
2,2-Dimethyl-1,3-propandiol,
Cyclohexandimethanol, Chinit, Glycerin,
Trimethylolpropan, Hexantriol,
Pentaerythrit, Butendiol,
bis-hydroxyäthyliertes 2,2-Bits-(p-hydroxyphenyl)-propan,
Bernsteinsäure, Glutarsäure,
Adipinsäure. Korksäure, Phthalsäure,
Isophthalsäure, Terephthalsäure,
Terephthalsäuredimethylester,
Terephthalsäure-bis-glykolester,
Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure.
6-Hydroxycapronsäure,
4-Hydroxybenzoesäure und Trimellithsäure.
Auch bereits Urethan- oder Harnstoffgrupper enthaltende Polyhydroxyverbindungen sowie gegebenenfalls modifizierte natürliche Polyole, wie Rizinusö und Kohlenhydrate, sind verwendbar.
Auch bereits Urethan- oder Harnstoffgrupper enthaltende Polyhydroxyverbindungen sowie gegebenenfalls modifizierte natürliche Polyole, wie Rizinusö und Kohlenhydrate, sind verwendbar.
Grundsätzlich kommen auch Polyhydroxyverbindungen, weiche basische Stickstoffatome aufweisen, ir
Frage, z. B. polyalkoxylierte primäre Amine odei Polyester bzw. Polythioäther, weiche Alkyldiäthanolamine
einkondensiert enthalten. Ebenso können Verbindungen mit reaktiven Halogenatomen einkondensieri
werden, z. B. Glycerin-a-chlorhydrin. Auch solche
Verbindungen können in alkylierter, d. h. Onium-Form vorliegen. Auch Polyester mit eingebauten Sulfonat-
oder Carboxylgruppen, wie sie beispielsweise in der FR-PS 14 96 584 beschrieben sind, können verwendet
werden. Unter den Polymeren und Copolymeren von Vinylverbindungen, welche mehr als eine Hydroxylgruppe
tragen, sind solche bevorzugt, die ein Molekulargewicht von 500 bis 20 000 aufweisen und die 2 bis 10
Hydroxylgruppen tragen. Genannt seien beispielsweise anverseifte Vinylacetatcopolymere, niedermolekulare
Polybutadiene mit OH-Gruppen sowie vor allem oxydiertes Polyäthylen oder Polypropylen, deren
Herstellung beispielsweise in der GB-PS 9 59 362 beschrieben ist.
Zur Variation der Lyophilie bzw. der Hydrophobie und der mechanischen Eigenschaften der Verfahrensprodukte können Mischungen verschiedener Polyhydroxyverbindungen
eingesetzt werden.
Geeignete höhermolekulare Verbindungen mit Aminoendgruppen
sind z.B. in den FR-PS 13 61810, 13 00 981, der DE-AS 1122 254 sowie der US-PS
28 88 439 beschrieben.
Als Ausgangsmaterial zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Polyurethanpolyelektrolyte
sind ferner alle aromatischen und aliphatischen Diisocyanate geeignet. Beispiele hierfür sind
1,5-Naphthylendiisocyanat,
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat,
4,4'-Diphenyldimethylmethandüsocyanat,
Di- und Tetraalkyldiphenylmethandiisocyanate,
4,4'-Dibenzyldiisocyanat
13-Phenylendiisocyanat,
1.4-Phenylendiisocyanat,
die Isomeren des Toluylendiisocyanats, gegebenenfalls
in Mischung,
l,6-Diisocyanato-2^,4-trimethyl-hexan,
l.ö-Diisocyanato^^^-trimethylhexan,
Tetramethoxy-butan-i/l-diisocyanat,
Butan-1,4-diisocyanat,
Hexan- 1,6-diisocyanat,
Hexan- 1,6-diisocyanat,
Äthylendiisocyanat, p-Xylylendiisocyanat und
m-Xylylendiisocyanat. ■■>
Ferner sind geeignet
chlorierte und bromierte Diisocyanate, phosphorhaltige Diisocyanate,
'M'-Diisocyanatophenyl-perfluor-äthan,
Dicyclohexylmethan-diisocyanat, m
Cyclohexan-1,4-diisocyanat,
1 -Methyl-2,4-diisocyanato-cyclohexan und i-Isocyanatomethyl-S-isocyanato-I.S.ä-trimethyl-cyclohexan
sowie die Hydrierungsprodukte der aufgeführten r>
aromatischen Diisocyanate. Auch Urethan- und Biuret-di- oder -triisocyanate können Verwendung
finden, z. B. Addukte von 1,6-Hexandiisocyanat, 1,3-Xylylendiisocyanat,
1 -Methyl^-diisocyanato-cyclohexan an Wasser oder Amine oder Polyalkohole, ferner 2»
Polyisocyanate mit ionischen Gruppen wie man sie beispielsweise durch Addition von Polyisocyanaten mit
reaktionsfähigen Halogenatomen an di- und polytertiäre Amine erhält, Phthalsäure-bis-isocyanatoäthylester,
ferner Polyisocyanate mit reaktionsfähigen >■-> Halogenatomen, wie l-Chlormethyl-phenyl-2,4-diisocyanat,
l-Brommethylphenyl-2,6-diisocyanat und
S.S-Bis-chlormethylätheMvt'-diphenyldiisocyanat.
Schwefelhaltige Polyisocyanate erhält man beispielsweise durch Umsetzung von 2 Mol Hexamethylendiiso- m
cyanat mit 1 Mol Thiodiglykol oder Dihydroxydihexylsulfid. Auch Triisocyanate oder rohe technische
Mischungen von Polyisocyanaten können eingesetzt werden. Besonderes Interesse verdienen teilweise
verkappte Polyisocyanate, z. B. dimeres Toluylendiiso- η cyanat, oder mit beispielsweise Phenol, tert. Butanol,
Phthalimid, Caprolactam und Methyläthylketoxim partiell umgesetzte Polyisocyanate. Besonders bevorzugt
sind aliphatische und araliphatische Diisocyanate.
Zu den niedermolekularen Verbindungen mit reak- w
tionsfähigen Wasserstoffatomen, die zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Polyurethanpolyelektrolyte
dienen, zählen:
1. die üblichen gesättigten und ungesättigten Glykole, v,
wie Äthylenglykol oder Kondensate des Äthylenglykols,
Butandiol-1,3, Butandiol-1,4, Butandiol.
Propandiol-1 ^,Propandiol-1,3,
Neopentylglykol, Hexandiol, >ti
Bis-hydroxymethylcyclohexan,
pioxyäthoxyhydrochinon,
bishydroxyäthyüertes2,2-Bis-(p-hydroxyphenyl)-propan,
bishydroxyäthyüertes2,2-Bis-(p-hydroxyphenyl)-propan,
Terephthaisäure-bis-glykolester, ■>·>
Bernsteinsäure-di-0-hydroxyäthylamid,
Bernsteinsäure-di-[N-methyl-(/?-hydroxy-
äthyl)]-amid,
1,4-Di-(/J-hydroxymethyl-mercapto)-
1,4-Di-(/J-hydroxymethyl-mercapto)-
2,3,5,6-tetrachlorbenzol und to
2-Methylpropandiol-(1,3);
2. aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Diamine, wie
Äthylendiamin, Hexamethylendiamin,
1 ^-Cyclohexylendiamin, Benzidin.
Diaminodipheny !methan,
Dichlor-di-aminodipheny !methan,
die Isomerendes Phenylendiamins.
N-Methyl-propylendianiin,
Diaminodiphenylsulfon,
Diaminodiphenyläther und
Diaminodiphenyldimethylmethan;
1 ^-Cyclohexylendiamin, Benzidin.
Diaminodipheny !methan,
Dichlor-di-aminodipheny !methan,
die Isomerendes Phenylendiamins.
N-Methyl-propylendianiin,
Diaminodiphenylsulfon,
Diaminodiphenyläther und
Diaminodiphenyldimethylmethan;
3. Aminoalkohole, wie Äthanolamin, Propanolamin, Butanolamin, N-Methyl-äthanolamin und N-Methyl-isopropanolamin;
4. aliphatische, cycloaliphatische, aromatische und heterocyclische Mono- und Diaminocarbonsäuren,
wie Glycin, α- und j3-Alanin, 6-Aminocapronsäure, 4-Aminobuttersäure, die isomeren Mono- und
Diaminobenzoesäuren, die isomeren Mono- und Diaminonaphthoesäuren;
5. Wasser und
6. Hydrazin, Ammoniak, Carbodihydrazid, Adipinsäuredihydrazid, Sebacinsäure-dihydrazid, Piperazin
und 2,4-Diamino-6-phenyltriazin.
Es eignen sich auch weniger übliche, z. B. hochschmelzende Kettenverlängerungsmittel mit reaktionsfähigen
Wasserstoffatomen zur Herstellung der Polyurethanpolyelektrolyte, wie z. B.
4,4'-Di-(N-methyI-j9-hydroxyäthylamino)-diphenylmethan,
Äthyl-bis-iS-hydroxycyclohexyh-phosphinoxyd,
N.N'-Dimethyl-äthylendiamin.Oxalamidrazon,
Oxalsäure-bis-äthanolamid,
2,6-Di-(hydroxymethyl)-tetrahydropyran,
Di-(hydroxyneopentyliden)-pentaerythrit,
Dimethylol-tetrahydropyrimidin-thion,
N,N'-Bis-(2-aminoäthyl)-oxalsäureamid,
N,N'-Bis-(2-aminopropy!)-oxa!säureamid,
Dioxydiäthylsulfon,
4-Methylamino-butanol-(2),
Ν,Ν'-Carboxybutylharnstoff,
Methylen-bis-benzoesäure,
Methylen-bis-benzylalkohol,
Hexan-bis-semicarbazid,
γ- Hydroxybuttersäurehydrazid,
6-Aminocapronsäurehydrazid,
Phenylglykol, Dimethyloldihydropyran,
Dimethyloltetrahydrofuran,
Tetrachlorbutandiol,
Dithiooxamid, Petraerythrit-mono-acetonketal,
Pentachlorphenyiglycerinäther,
l,4-Dipiperazino-butan-2,3-diol,
Sulfuryldisulfamid,
1,1 -(Di-hydroxymethylJ-^^-cyclohexen,
Laurinsäure-di-(hydroxyäthyl)-amid,
Isobutyliden-diureid,
ferner die Verbindungen:
HO(CH2),-NH-CO—CO— NH-(CH2J6-NH-CO—CO—NH(CH2J2-OH
1—CO—CO—NH-CH2-COOH
Il
HOOC-CH, NH-COCO NH
ί ό
CH,
CH,
HO CH2-C-CO- O CH2 -C-CH2- OH
CH3
CH3
CH3
CH, NH-CO-CO-NH-CH2 COOH
L ϋ ν
HO -CH2-C-CO-NH-CH2 C CH2 OH
CH3 CH,
HO —(CH,),-NH-CO —CO—NH
NH-CO —CO —NH-(CH,),-OH
HO-(CHj)2-NH-CO-CO N N- CO- CO NH CH2 CH2- OH
HO-(CH2)J-CO-NH-(CH2)^ Nil CO (CH2), OH
Derartige stark polare und zur Wasserstoffbrückenbildung befähigte Kettenverlängerungsmittel ergeben
in Kombination mit ionischen Kettenverlängerungsmitteln, wie sie z. B. durch Salzbildung basischer Kettenverlängerungsmittel
entstehen, besonders hohe Festigkeit und Wasserresistenz auch bei Einwirkung von Feuchtigkeit
und Lösungsmitteln.
Spezielle Kettenverlängerungsmittel mit mindestens einem basischen Stickstoffatom sind z. B. mono-, bis-
oder polyoxalkylierte aliphatische, cycloaliphatische, aromatische oder heterocyclische primäre Amine, wie
N-Methyldiäthanolamin,
N-Äthyl-diäthanolamin,
N-Propyl-diäthanolamin,
N-Isopropyl-diäthanolamin,
N-Butyl-diäthanolamin,
N-Isobutyl-diäthanolamin,
N-Oleyl-di-äthanolamin,
N-Stearyl-diäthanolamin,
oxäthyliertes Kokosfettamin,
N-Allyl-diäthanolamin,
N-Methyl-diisopropanolamin,
N-Äthyl-diisopropanolamin,
N-Propyl-diisopropanolamin,
N-Butyl-diisopropanolamin,
N-Cyclohexyl-diisopropanolamin,
N.N-Dioxyäthylanilin.N.N-Dioxyäthyltoluidin,
N.N-Dioxyäthyl-Ä-aminopyridin,
N,N'-Dioxyäthyl-piperazin,
Dimethyl-bis-oxyäthylhydrazin,
N,N'-Bis-(S-hydroxyäthyl)-N,N'-diäthylhexahydro-p-phenylendiamin
und
N-J?-hydroxyäthyl-piperazin,
polyalkoxylierte Amine, wie
polyalkoxylierte Amine, wie
65 oxypropyliertesMethyl-diäthanolamin,
ferner Verbindungen, wie
N-Methyl-N.N-bis-y-aminopropylamin,
N-(3>-Aminopropyl)-N,N'-dimethyläthylendiamin,
N-(y-Aminopropyl)-N-methyl-äthanolamin,
N,N'-Bis-(>"-aminopropy!)-N,N'-dimethyläthylendiamin,
N,N'-Bis-()>-aminopropyl)-piperazin,
N-(j3-Aminoäthyl)-piperazin,
Ν,Ν'-Bisoxyäthyl-propylendiamin,
2,6-Diaminopyridin, Diäthanolaminoacetamid, Diäthanolaminopropionamid,
N.N-Bis-ioxyäthylphenylJ-thiosemicarbazid,
N.N-Bis-ioxyäthylmethylVsemicarbazid,
p,p'-Bis-(aminomethyl)-dibenzylmethylamin und 2,6-Diaminopyridin.
Kettenverlängerungsmittel mit zur Quaternierung befähigten Halogenatomen bzw. R-SO2O-Gruppen
sind beispielsweise
Glycerin-Ä-chlorhydrin,
Glycerinmonotosylat,
Pentaerythrit-bis-benzolsulfat,
Gycerin-monomethansulfonat
Addukte aus Diäthanolamin und chlormethylierten aromatischen Isocyanaten oder aliphatischen Halogenisocyanaten,
wie
N.N-Bis-hydroxyäthyl-N'-m-chlormethylphenylharnstoff,
N-Hydroxyäthyl-N'-chlorhexylharnstoff,
Glycerinmonochloräthyl-urethan, Bromacetyl-dipropylentriamin und
Chloressigsäure-diäthanolamid. Es ist möglich, tri- oder höherfunktionelle Kompo-
nenten zu verwenden, ζ. B. verzweigte Polyester oder Polyether, tri- oder höherfunktionelle Isocyanate, wie
Tris-isocyanatohexylbiuret oder cyclische Isocyanuratoligomere von Diisocyanate^ Ebensogut können
höherfunktionelle Kettenverlängerungsmittel eingesetzt werden, wie Glycerin. Trimethylolpropan, Pentaerythrit,
Dipropylentriamin, Hexantriol und Triäthanolamin.
Auch monofunktionelle Verbindungen mit nur einer gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Gruppe kön- m
nen milverwendet werden, z. B. gesättigte und ungesättigte Fettalkohole, Fettamine oder Fettsäuren, Harzsäuren,
N,N'-Dimethyläthanolamin,
Ν,Ν-Diäthyläthanolamin, r,
! -Dimethyiaminopropanoi-(2),
N -Oxyäthylmorpholin,
N-Methyl-N-^-hydroxyäthylanilin,
N-Oxyäthylpiperidin,
«-Hydroxyäthylpyridin, y-HydroxyäthylchinoIin,
1 -Diäthylamino-4-aminopentan, a-Aminopyridin, 3-Amino-N-äthylcarbazol,
N-Aminopropylpiperidin,
N-Aminopropylmorphqlin, r,
N-Aminopropyläthylenimin und
l,3-Bis-piperidino-2-aminopropan. Als monofunktionelle Alkylierungsmittel zur Überführung
der basischen Reaktionskomponenten in die Salzform zwecks Herstellung von Polyurethanpolyelektrolyten
seien beispielhaft angeführt:
Methylchlorid, Methylbromid, Methyljodid,
Äthylbromid, Propylbromid, Butylbromid, Dimethylsulfat, Diäthylsulfat,
Methylchlormethyläther, Methyl-1,2-dichloräthyläther,
Äthylchlormethyläther, Benzylchlorid,
Benzylbromid, p-Chlorbenzylchlorid,
Trichlorbenzylchlorid, p-Nitrobenzylchlorid,
Äthylenchlorhydnn, Äthylenbromhydrin,
Epichlorhydrin, Äthylenoxyd, Propylenoxyd,
Styroloxyd, Benzol-, Toluol-,
Naphthalinsulfonsäureester,
ω- Bromacetophenon, Dinitrochlorbenzol,
o-Chlorpentenamid, Chloressigsäure ^5
sowie deren Ester und Amide,
Chlormethyldimethyläthoxysilan, Pentamethyl-chlormethyldisiloxan,
Pentamethyl-brommethyldisiloxan, Glykol-mono-bromessigsäureester,
Glycerin-mono-chloressigester, Bromäthylisocyanat.Chlormethyl-naphthalin,
S-Methyl-S-hydroxymethyl-oxetan-methansulfonat,
Phenyläthylbromid, p-2-Bromäthylbenzoesäure,
S-Chlormethyl-furan^-carbonsäure,
Äthylphosphonigsäure-dichlorisopropylester, Acetessigsäure-bromäthylester,
Propansulton, Butansulton. b0
Weitere Beispiele sind der DE-AS 12 05 087 zu entnehmen.
Auch mit Chlorcyan oder Bromcyan können Quaternierungen durchgeführt werden. Epoxide werden in
Kombination mit Wasser und/oder einer Säure als Quaternierungsmittel eingesetzt
Auch polyfunktionelle Alkylierungsmittel sind geeignet, z. B. 1,4-Dibrombutan, p-Xylylen-dichlorid, 1,3-DimethyM^-bis-chlormethyl-benzol,
Methylen-bis-chloracetamid.
Hexamethylen-bis-bromäthyl-urethan, Addukte
von 2 bis 3 Mol Chloracetamid an ein Di- bzw. Triisocyanat. Weitere geeignete polyfunktionelle Alkylierungsmittel
sind beispielsweise in der NL-AS 67/03743 enthalten.
An zur Qiuiternierung geeigneten tertiären Aminen
seien Trimethylamin. Triäthylamin, Triethanolamin, Dimethylaminoäthanol. N-Methyl-diäthanolamin, Pyridin,
Chinolin und N-Dimethylamino-propyldiäthanolamin
beispielhaft genannt.
Auch Säuren können bereits in diesem Reaktionsstadium zur Salzbildung herangezogen werden, auch
solche, die gleichzeitig eine kettenaufbauende Funktion ausüben, wie z. B. schweflige Säure, Schwefelsäure,
unterphosphorige Säure, Phosphinsäuren, Phosphonigsäuren und Phosphonsäuren, Glykolsäure, Milchsäure,
Bernsteinsäure. Weinsäure, Oxalsäure, Phthalsäure und Trimellithsäure.
Weitere Säuren sind den DE-PS 11 78 586 und
11 79 363 zu entnehmen. Besonders bevorzugte Säuren sind solche, welche die Hydrophilie und insbesondere
die Dispergierbarkeit der Polyurethane stark erhöhen, wie Chlorwasserstoffsäure, Fluoborsäure, Amidosulfonsäure,
Phosphorsäure und ihre Derivate, Weinsäure, Oxalsäure, Milchsäure, Essigsäure und Acrylsäure.
Verschiedene salzbildende Mittel können auch in Kombination angewandt werden. Dadurch wird hinsichtlich
der Dispergierbarkeit ein synergistischer Effekt erzielt.
Die bisher genannten Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, soweit sie basische N-Atome
oder zweiwertige S-Atome enthalten, dienen in Kombination mit Alkyiierungsmittein oder Säuren zur
Herstellung kationischer Polyurethanpolyelektrolyte. Entsprechend lassen sich aus Verbindungen mit
reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit reaktionsfähigen Halogenatomen oder Estergruppen starker Säuren
in Kombination mit tertiären, sekundären oder primären Aminen, organischen Sulfiden oder Phosphinen
kationische Polyurethanpolyelektrolyte herstellen.
Entsprechend lassen sich die Polyurethane durch Einbau geeigneter Verbindungen auch anionisch modifizieren.
Hierfür kommen als Ausgangsmaterialien zur Herstellung der Polyurethanpolyelektrolyte Verbindungen,
die mindestens ein mit Isocyanatgruppen reagierendes Wasserstoffatom und mindestens eine zur
anionischen Salzbildung befähigte salzartige anionische Gruppe enthalten, gegebenenfalls in Mischung, in
Frage:
1. Hydroxy- und Mercaptosäuren, wie Glycerinsäure, Glykolsäure, Thioglykolsäure, Milchsäure, Trichlormiichsäure,
Äpfelsäure, Dioxymaleinsäure, Dioxyfumarsäure, Weinsäure, Dioxyweinsäure,
Schleimsäure, Zuckersäure, Citronensäure, Salicylsäure, 2,6-Di-oxybenzoesäure, Protocatechusäure,
Λ-Resorcylsäure, jS-Resorcylsäure, Hydrochinon-2,5-dicarbonsäure,
4-Hydroxyisophthalsäure, 4,6-Dihydroxyisophthalsäure, Oxyterephthalsäure,
5,6,7,8-Tetrahydro-naphthal-{2)-carbonsäure-(3),
1 -Hydroxynaphthoesäure-(2), 2,8-Dihydroxynaphthoesäure-(3), /?-Oxypropäonsäure und m-Oxybenzoesäure;
1 -Hydroxynaphthoesäure-(2), 2,8-Dihydroxynaphthoesäure-(3), /?-Oxypropäonsäure und m-Oxybenzoesäure;
2. aliphatische, cycloaliphatische, aromatische und heterocyclische Mono- und Diaminocarbonsäuren,
wie Glycin, λ- und /J-Alanin, 6-Aminocapronsäure,
4-Aminobuttersäure, Sakosin, Methionin, Leucin.
Isoleucin. Serin, Valin, Ornithin, Histidin. Lysin, Prolin, Phenylalanin. Threonin, Cystein, Asparagin,
Glutamin, Arginin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Oxalursäure. Anilidoessigsäure. Anthranilsäure,
2-Äthylaminobenzoesäure, 3-Aminobenzoesäure, ϊ
4-Aminobenzoesäure. N-Phenylaminoessigsäure, 3.4-Diaminobenzoesäure und 5-Aminobenzol-dicarbonsäure;
3. aliphatische, cycloaliphatische, aromatische und heterocyclische Di- und Polycarbonsäuren, wie '"
Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure. Glutarsäure. Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure.
Sebazinsäure, die isomeren Phthalsäuren, Diphensäuren, die isomeren Naphthalsäuren, Maleinsäure,
Fumarsäure, Sulfodiessigsäure, Diglykolsäure, Thiodiglykolsäure. Methylen-bis-thioglykolsäure,
die isomeren Pyridincarbonsäuren, die isomeren Chinolindicarbonsäuren, Citronensäure,
Äthylendiaminotetraessigsäure und Nitrilotriessigsäure; -'"
4. Hydroxy- und Carboxy-sulfonsäuren: 2-Hydroxyäthansulfonsäure.
Phenolsulfonsäure-(2),
Phenolsulfonsäure-(2),
Phenolsulfonsäure-(3l ,.
Phenclsulfonsäure-(4),
Phenoldisulfonsäure-(2,4),
Phenoldisulfonsäure-(2,4),
Sulfoessigsäure, m-Sulfobenzoesäure, p-Sulfobenzoesäure,
Benzoesäure-(l)-disulfonsäure-(3.5), 2-Chlor-benzoesäure-( 1 )-sulfonsäure-(4),
2-Hydroxybenzoesäure-(l)-sulfonsäure-(5).
Naphthol-(l)-sulfonsäure,
N aphthol-( 1 )-disulfonsäure,
8-Chlor-naphthol-(l)-disulfonsäure, s.
Naphthol-(l)-trisulfonsäure,
Naphthol-(2)-sulfonsäure-( 1),
Naphthol-(2)-trisulfonsäure,
l,7-Dihydroxy-naphthalinsulfonsäure-(3), l,8-Dihydroxynaphthalindisulfonsäure-(2,4),
Chromotropsäure,
2-Hydroxynaphthoesäure-(3)-sulfonsäure-(6)
und 2- Hydroxycarbazolsulfonsäure-(7);
5. Aminosulfonsäuren:
Amidosulfonsäure, 4-,
Hydroxylamin-monosulfonsäure, Hydrazin-disulfonsäure, Sulfanilsäure,
N-Phenylamino-methansulfonsäure.
4,6-Dichloranilin-sulfonsäure-(2), Phenylendiamine 1,3)-disulfonsäure-(4,6),
N-Acetylnaphthylamin-(1)-sulfonsäure-(3), Naphthylamin-(1 )-sulfonsäure,
Naphthylamin-(2)-sulfonsäure,
Naphthylamindisulfonsäure,
Naphthylamin-trisulfonsäure, 4,4'-Di-(p-aminobenzoyl-amino)-diphenyl-
harnstoff-disulfonsäure-(3,3'). Phenylhydrazin-disulfonsäure-(2,5),
2,3-Dimethyl-4-aminoazobenzol-di-sulfon-
säure-(4',5), b0
4'-Aminostilbendisulfonsäure-(2,2')-
[4-azo-4l-anisol,
Carbazol-disulfonsäure-(2,7),
Taurin, Methyltaurin, Butyltaurin, 3-Amino-benzoesäure-(1 )-sulfonsäure-(5), b5
Carbazol-disulfonsäure-(2,7),
Taurin, Methyltaurin, Butyltaurin, 3-Amino-benzoesäure-(1 )-sulfonsäure-(5), b5
3-Aminotoluol-N-methan-sulfonsäure,
6-Nitro-l,3-dimethylbenzol-4-sulfaminsäure, 4,6-Diaminobenzoldisulfonsäure-(l,3),
2,4-Diaminodiphenyl-disulfonsäure-(2,2'),
2-Aminophenol-sulfonsäure (4),
4,4'-Diaminodiphenyläther-sulfonsäure-(2),
2-Aminoanisol-N-methansulfonsäure.
2 Amino-diphenylamin-sulfonsäure,
Äihylengiykolsuifonsäure und
2,4-Diaminobenzosulfonsäure;
2-Aminophenol-sulfonsäure (4),
4,4'-Diaminodiphenyläther-sulfonsäure-(2),
2-Aminoanisol-N-methansulfonsäure.
2 Amino-diphenylamin-sulfonsäure,
Äihylengiykolsuifonsäure und
2,4-Diaminobenzosulfonsäure;
6. organische Phosphorverbindungen, wie Derivate von Phosphinsäure, Phosphonigsäuren, Phosphon
säuren und Phosphorsäuren, sowie Ester dei phosphorigen und der Phosphorsäure, sowie derer
Thioanaloge.z. B.
Bis-(a-hydroxyisopropyl)-phosphinsäure,
Hydroxyalkanphosphonsäure,
Phosphorigsäure-bis-glykoiester,
Phosphorigsäure-bis-propylenglykolester,
Phosphorsäure, Phosphorsäure-bis-glykolester
und Phosphorsäure-bis-propylenglykolester;
Hydroxyalkanphosphonsäure,
Phosphorigsäure-bis-glykoiester,
Phosphorigsäure-bis-propylenglykolester,
Phosphorsäure, Phosphorsäure-bis-glykolester
und Phosphorsäure-bis-propylenglykolester;
7. gegebenenfalls verseiften Additionsprodukte von ungesättigten Säuren, wie Acrylsäure und Methacrylsäure,
von ungesättigten Nitrilen, wie Acrylnitril, von cyclischen Dicarbonsäureanhydriden, wie
Maleinsäure-. Phthalsäure- und Bernsteinsäureanhydrid, von Sulfocarbonsäureanhydriden, wie Sulfoessigsäure-
und o-Sulfobenzoesäureanhydrid, von Lactonen, wie /3-Propiolacton und y-Butyrolacton,
die Additionsprodukte von den Umsetzungsprodukten von Olefinen mit Schwefeltrioxyd, wie
Carbylsulfat, von Epoxycarbon- und -sulfonsäuren, wie Glycidsäure und 2,3-Epoxypropansulfonsäure,
von Sultonen, wie 1,3-Propansulton, 1,4-Butansulton
und 1,8-Naphthsulton, von Disulfonsäureanhydriden,
wie Benzoldisulfonsäure-(l,2)-anhydrid, an aliphatische und aromatische Amine, wie 1,2-Äthylendiamin,
1,6-Hexamethylendiamin, die isomeren Phenylendiamine, Diäthylentriamin. Triäthylentetramin,
Tetraäthylenpentamin, Pentaäthylenhexamin, gegebenenfalls alkylierte Hydrazine, Ammoniak,
Aminoalkohole, wie die hydroxalkylierten Amine und Hydrazine, wie Äthanolamin, Diäthanolamin,
Triäthanolamin, Äthanoläthylendiamin und Äthanolhydrazin, zweiwertige Alkohole, wie
Äthylenglykol, Propylenglykol, 1,3- und 1,4-Butandiol
und 1,6-Hexandiol, an mehrwertige Alkohole
wie Trimethylolpropan, Glycerin und Hexantriol die gegebenenfalls hydrierten Additionsprodukte
von Epoxy- und Äthylenimin-Verbindungen, wie Äthylenoxyd, Propylenoxyd, Butylenoxyd, Styroloxyd,
Äthylenimin und ungesättigten Nitrilen, wie Acrylnitril, an aliphatische und aromatische Aminocarbonsäuren
und Aminosulfonsäuren, die Umsetzungsprodukte von Oxyalkansulfonsäuren, Halogencarbonsäuren
und -sulfonsäuren mit gegebenenfalls alkylierten Hydrazinen, wie Hydrazinessigsäure,
Hydrazinäthansulfonsäure und Hydrazinmethansulfonsäure, die verseiften Additionsprodukte
von Cyanhydrinen an Hydrazine, wie 1,2-Hydrazin-bis-isobuttersäure;
ferner die Additionsprodukte von Natriumhydrogensulfit an olefinisch ungesättigte Verbindungen,
wie Allylalkohol, Maleinsäure, Maleinsäure-bisäthylen- und -bis-propylenglykolester;
8. Hydrazincarbonsäuren, wie Hydrazindicarbonsäuren, und
9. höhermolekulare Kondensate, wie Polyester, welche Carboxylgruppen enthalten.
030 120/6
Zur Überführung in die Salzform zwecks Herstellung von anionischen Polyurethanpolyelektrolyten geeignete
Verbindungen sind z. B.:
1. organische Basen, wie monofunktionelle primäre, sekundäre und tertiäre Amine, wie beispielsweise
Methylamin, Diethylamin, Triethylamin, Trimethylamin,
Dimethylamin, Äthylamin, Tributylamin, Pyridin, Anilin, Toluidin und alkoxylierte Amine,
wie Äthanolamin, Diäthanolamin, Triäthanolamin,
Methyldiäthanolamin, Dimethylaminoäthanol, Oleyldiäthanolamin, sowie polyfunktionelle Polyamine,
bei denen die einzelnen Aminogruppen gegebenenfalls unterschiedliche Basizität aufweisen
können, wie z. B. die durch Hydrierung von Additionsprodukten von Acrylnitril an primäre und
sekundäre Amine erhaltenen Polyamine, peralkylierte oder partiell alkylierte Polyamine, wie
Ν,Ν-Dimethyläthylendiamin, ferner Verbindungen wie a-Aminopyridin und N,N-Dimethylhydrazin;
2. anorganische Basen, basisch reagierende oder basenabspaltende Verbindungen, wie Ammoniak,
einwertige Metallhydroxide, -carbonate und -oxide, wie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid. Es
lassen sich auch verschiedene Salzbildner kombiniert anwenden; auch können die Carboxylgruppen
nur teilweise neutralisiert werden.
Man kann kationische und anionische Polyurethanpolyelektroiyte auch dadurch herstellen, daß man nichtionische
Polyurethane nachträglich durch Additionsreaktionen kationisch oder anionisch modifiziert. So kann
man beispielsweise Polyurethane, welche ungesättigte C = C-Doppelbindungen aufweisen, durch Addition von
Verbindungen, welche wenigstens eine zu Additionsreaktionen befähigte -OH, -SH, -NHR, -SCl-Gruppe
und eine weitere zur Salzbildung befähigte Gruppe, z. B.
(R = H oder Alkyl), ■■ S, P
OH
COOH SO1H
Il \
O R
oder eine entsprechende Salzgruppe aufweisen, zu Polyelektrolyten modifizieren.
Solche zu Additionsreaktionen befähigte Verbindungen sind beispielsweise:
Thioglykolsäure, Glykolsäure,
jS-Chlorsulfenylpropionsäure,
ß-Alanin-Na, Lysin, Dimethylaminoäthanol,
Diäthylaminoäthylmercaptan,
Ν,Ν-Dimethylpropylendiamin,
Methyl-2-hydroxyäthylsulfid,
Äthyl-2-mercaptoäthylsulfid,
Taurin, N-Methyltaurin,
2-Mercaptoäthylsulfonsaures Natrium.
N,N-Dimethylhydrazin.
Ν,Ν-Dimethyläthylendiamin und
Natriumhydrogensulfit.
Eine andere Möglichkeit der ionischen Modifizierung von an sich nichtionischen Polyurethanen besteht in der
Einwirkung von Monoisocyanaten mit tertiären Amino-, Sulfid oder reaktionsfähigen Halogengruppen. Nach
Überführung der genannten Gruppen in die Salzform durch Reaktion mit tertiären Aminen bzw. Quaternierungsmitteln
oder Säuren ist das Polyurethan durch ionische Seitenketten modifiziert Zur Modifizierung
geeignete Verbindungen sind beispielsweise:
Chloräthylisocyanat, Bromäthylisocyanat, Chlorhexylisocyanat, die Isomeren des Chlormethylphenylisocyanats, Chlormethyltoluylisocyanat, Dimethylaminoäthyljsocyanat. Addukte aus Aminoalkoholen, Diaminen und Thioätheralkohlen bzw. Thioätheraminen an Polyisocyanate und Methyl-mercaptoäthylisocyanai.
Chloräthylisocyanat, Bromäthylisocyanat, Chlorhexylisocyanat, die Isomeren des Chlormethylphenylisocyanats, Chlormethyltoluylisocyanat, Dimethylaminoäthyljsocyanat. Addukte aus Aminoalkoholen, Diaminen und Thioätheralkohlen bzw. Thioätheraminen an Polyisocyanate und Methyl-mercaptoäthylisocyanai.
Eine weitere Modifizierungsmöglichkeit besteht in der Umsetzung von Polyurethanen mit cyclischen
Verbindungen mit 3 bis 7 Ringgliedern, welche salzartige oder nach der Ringöffnung zur Salzbildung
befähigte Gruppen aufweisen, z. B. Dicarbonsäureanhydride, Disulfonsäureanhydride, Sulfocarbonsäureanhy-
>() dride. Sultone, Lactone, Epoxycarbonsäuren, Epoxysulfonsäuren,
N-Carboxyglycinanhydrid und Carbylsulfat. Diese Modifizierungsmöglichkeit ist ausführlich in der
DE-AS 12 37 306 beschrieben. Auch die in den BE-PS 6 36 799 und 6 58 026 beschriebenen Verfahren sind zur
2j Herstellung kationischer Polyurethane, die als Ausgangs'naterial
für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden können, geeignet.
Die Reihenfolge der Zugabe der Ausgangsstoffe bei de; zum Aufbau der Polyurethanpolyelektrolyte dienen-
K) den NCO-Gruppen enthaltenden Prepolymeren bzw. bei der Herstellung von NCO-Gruppen freien Polyurethanelektrolyten
mit endständigen Gruppen der allgemeinen Formel -X-NHR ist grundsätzlich gleichgültig.
Man kann beispielsweise sämtliche Ausgangsstoffe
1Ί einschließlich der nachstehend näher erläuterten,
mindestens eine Gruppe der allgemeinen Formel — X-NHR enthaltenden Verbindungen bei Raumtemperatur
oder erhöhter Temperatur vereinigen und anschließend miteinander reagieren lassen, wobei im
κι allgemeinen auf 100 bis 1600C erwärmt werden muß,
während bei Anwesenheit eines eine basische Gruppe enthaltenden Ausgangsstoffs oder eines Katalysators
die Reaktion spontan abläuft. Man kann auch zunächst in bekannter Weise ein NCO-Gruppen tragendes
4-, Prepolymeres herstellen und dieses anschließend weiter umsetzen. Besonders bevorzugt ist eine Arbeitsweise,
bei welcher die (potentiellen) Salzgruppen möglichst in die Nähe der Keltenenden gelangen, so daß eine
möglichst ausgeprägte Blockstruktur mit einem hydro-
"><> phoben Kettensegment von 130 bis 400 Kettengliedern entsteht. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß man
zunächst aus den Polyhydroxyverbindungen und den Polyisocyanaten, welche frei von (potentiellen) Salzgruppen
sind, ein höhermolekulares hydrophobes
γ-, Prepolymeres herstellt und dieses anschließend mit
(potentielle) SaUgruppen tragenden Kettenverlängerungsmitteln, weiterem Polyisocyanat und der mindestens
eine — X-NHR-Gruppe enthaltenden Verbindung oder im Falle der Verwendung des durch
w) Umsetzung eines NCO-Gruppen enthaltenden Prepolymeren
und einer Methylolverbindung erhaltenen PoIyurethanpolyelektrolyten das Prepolymere mit mindestens
einer, vorzugsweise mehr als eine Methylolgi uppe aufweisenden Methylolverbindung weiter umsetzt.
bri Bevorzugt werden solche dispcrgierten Polyurethanpolyelektrolyte
verwendet, die ein durchschnittliches Molekulargewicht von weniger als 25 000, vorzugsweise
von 2000 bis 10 000, aufweisen und die endständig
gegenüber Formaldehyd reaktionsfähige Gruppen der allgemeinen Formel
-X-NHR
aufweisen, in der
aufweisen, in der
X eine -CO-, -CS-. -SO2, -NR-CO-,
-NR-CS-, -O-CO-, -S-CO-, -O-CS-,
-0-SO2, -CNR-, -NR-CNR-,
-CO-R- CO- oder - CS - N R - CS-Gruppe
bedeutet und
-0-SO2, -CNR-, -NR-CNR-,
-CO-R- CO- oder - CS - N R - CS-Gruppe
bedeutet und
R bevorzugt Wasserstoff ist oder für einen Alkyl-
oder Alkenylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, welcher auch Teil eines heterocyclischen 5- oder
6-Rings mit 1 bis 3 Heteroatomen, der durch -OH,
-OCHj, -OC3Hs, -CCIj, -COOH oder -SOjH
substituiert sein kann, steht. R kann auch für —CN, -COR' oder -SO2R' stehen, wobei R' einen
Alkyl-, Aienyl-, Alkoxy- oder Carboxyalkyi-Rest mit 1 bis 4 C-Atomen bedeutet. Weiterhin kann R
auch Teil eines 5-7-gliedrigen heterocyclischen Rings mit 1 bis 3 Heteroatomen sein. Als
Heteroatome sind O, S und N zu nennen. Dabei kann sich die Gruppe - X - N H - R innerhalb oder
außerhalb des Rings befinden.
Am einfachsten stellt man die erfindungsgemäß verwendeten Polyurethanpolyelektroylte so her, daß
man zunächst aus den vorstehend angeführten Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen und
einem molaren Überschuß an Polyisocyanaten ein Polyurethan mit endständigen NCO-Gruppen aufbaut,
welches ein durchschnittliches Molekulargewicht von weniger als 20 000, vorzugsweise von 1000 bis 10 000,
aufweist. Dies entspricht einem Gehalt an freien NCO-Gruppen von 0,3 bis 20%, vorzugsweise 0,8 bis
10%. Ganz besonders bevorzugt ist der Bereich zwischen 1,5% und 6% freien NCO-Gruppen. Dabei
entfallen auf ein Polyutethanmolekül im allgemeinen mindestens 2 NCO-Grupprn. Man erhält solche
Prepolymeren in bekannter Weise, indem man ein NCO/OH-Verhältnis zwischen 1,1 und2einkäll.
Dieses Prepolymere läßt man dann im Falle der Anwendung der Verfahrensvariante b) mit Verbindungen
reagieren, welche mindestens cine -X-NH-R-Gruppe und zusätzlich eine gegenüber NCO-Gruppen
reaktionsfähige Gruppe Y aufweisen. Diese Gruppe Y kann z.B. eine -OH-, -NH2-. -NH-R1-, -SH-,
-COOH-, -CONH2, -CSNH2-, -CO-NH-NH.-,
-NH-CO-NH2-, -NH-CS-NH,- oder - N H - N HrGruppe sein.
Die zur Umsetzung mit den NCO-Gruppen enthaltenden Prepolymeren geeigneten Verbindungen sind
also sowohl gegenüber Isocyanatgruppen als auch gegenüber Formaldehyd zumindest monofunktionell
und haben die allgemeine Formel
Y-X-NHRbzw.Y-R2-(X-NHR)„,
wobei X und Y die vorstehend aufgeführte Bedeutung haben und R2 ein organischer zwei- oder mehrwertiger
Rest ist. η ist 1 bis 4. Vorzugsweise ist R2 ein
aliphatischen, aromatischer, cycloaliphatischer oder araliphatischer Rest mil I bis 18 Kohlenstoffatomen,
welcher auch durch Alkoxygruppen oder Halogenatome substituiert sein kann. Wie ersichtlich, kann die
-X -NHR-Gruppe auch gleich Y sein, da z.B. der Carbonamid- oder der Harnstoffrest sowohl mit
Isocyanatgruppen als auch mit Formaldehyd reagieren kann.
Die Verbindungen
Y-X-NHRbzw. Y-R2-(X-NHR)n
umfassen außer den Verbindungen, die sich unmittelbar aus der Definition von X und Y ergeben, ganz allgemein
amir.oplastbildende NH-gruppenhaltige Komponenten,
wie sie z. B. in Angewandte Chemie 76, 909-919 (1964) definiert und näher beschrieben sind (vergl. auch A.
Bachmann u. Th. Bertz: Aminoplaste, 1967).
κι Wesentlich ist, daß die vorgebildeten NCO-Prepolymeren, welche 0,3 bis 20% freie NCO-Gruppen tragen, mit den Verbindungen
κι Wesentlich ist, daß die vorgebildeten NCO-Prepolymeren, welche 0,3 bis 20% freie NCO-Gruppen tragen, mit den Verbindungen
Y-X-NHRbzw. Y-R2-(X-NHR)1,
li im wesentlichen nicht unter Kettenverlängerung zu
hochmolekularen Polyurethanen, sondern unter Kettenabbruch reagieren, so daß das durchschnittliche
Molekulargewicht der Polyurethanpolyelektrolyte den Wert von 25 000 nicht übersteigt und vorzugsweise
>o zwischen 2000 und 10 000 liegt.
Durch Endgruppenbestimmung bzw. viskosimetrische und osmometrische Molekulargewichtsbestimmung
— um beispielhaft einige Möglichkeiten zu nennen — läßt sich das durchschnittliche Molgewicht
>■> ausreichend genau abschätzen.
Für die praktische Durchführbarkeit der Verfahrensvariante b) ist vor allem entscheidend, daß die z. B.
lösungsmittelfreie Schmelze des von NCO-Gruppen freien Polyurethanpolyelektrolyten mit endständigen
«ι -X-NHR-Gruppen mit üblichen Mischaggregaten
bei der anschließenden Einmischung der Formaldehyd enthaltenden Lösungen gut verarbeitbar ist. Daher muß
er bei 120°C eine Viskosität von weniger als 1500 Poise aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Viskosität 50 bis
1, 1000 Poise.
Obwohl die Verbindungen
Y-NHR bzw. Y-R1-(X-NHR)1,
mit denen die Prepolymeren modifiziert worden sind.
4(i überwiegend monofunktionell gegenüber Isocyanatgruppen
reagieren, können sie anteilig selbstverständlich auch bifunktionell in das Polyuiethanmolekül
eingebaut werden, sofern dadurch das Molekulargewicht bzw. die Viskosität nicht über die vorstehend
ii angegebenen Grenzen ansteigen.
Wenn als Endprodukte nach Entfernen des Wassers aus der Dispersion, z. B. durch Verdunsten auf einem
Substrat, stark vernetzte Produkte gewünscht werden, so kann es durchaus im Sinne der Erfindung liegen, die
in Verbindungen
Y-X-NHR bzw. Y-R2-(X-NHR),,
auch schon beim Aufbau der NCO-Gruppen enthaltenii
den Prepolymeren in bi- oder polyfunktioneller Form mitzu verwenden.
Verbindungen der allgemeinen Formel Y-X-NHR
gehören beispielsweise folgenden Verbindungsklassen an:
w) Harnstoffe, Sulfamide, Semicarbazide, Guanidine,
Oxamide, Biurete, Sulfonylharnstoffe, Hydrazodicarbonamide, Urethane, Cyanamide, Säureamide
und die entsprechenden Thioverbindungen.
Beispiele für Vertreter dieser Verbindungsklassen hri sind
Beispiele für Vertreter dieser Verbindungsklassen hri sind
Harnstoff, Thioharnstoff, Sulfamid,
Semicarbazid, Thiosemicarbazid,
N-Hydroxyharnstoff,
Semicarbazid, Thiosemicarbazid,
N-Hydroxyharnstoff,
\7 70 068
21
22
Guanidin und seine Salze, Methylharnstoff, Äthylharnstoff, Butylharnstoff, Methylthioharnstoff,
Allylthioharnstoff, Methylsulfainid. Methylsemicarbazid, Methvlthiosemicarbazid,
Methyl-guanidin, Oxamid, Thiooxamid, Biuret, Thiobiuret, !minooxamid,
Dithiooxamid, Dithiobiuret, lminothiooxamid. Aminosulfonylharnstoff, Hydrazodicarbonamid.
Guanylharnstoff, Aminosulfonylthioharnstoff, Guanylthioharnstoff.Guanidir.othioharnstoff,
N-Aminooxamid, N-Aminothiooxamid. Iminooxarnidhydrazid, Guanidinocarbohydrazid.
N-Amino-Sulfamid, Aminoguanidin, Methylaminoguanidin, Guanidinoharnstoff,
N,N'-Dimethylharnstoff, Ν,Ν'-Diäthylharnstoff, Tri-methylbiuret, Aminobiuret,
Cyanharnstoff, Dicyandiamid, Acetylharnstoff. Benzoylharnsloff, Methylsulfonylharnstoff,
Äthylsulfonylharnstoff, Acetoguanid, Oxamidsäure, Oxalursäure und Thiooxamidsäure.
Verbindungen der allgemeinen Formel
Y-R2-(X-NH-R2Jn
sind beispielsweise:
Glykolsäureamid.Glykyolsäurethioamid, Hydroxymethylsulfonamid,
Hydroxymethylharnstoff, Hydroxymethylthioharnstoff, Hydroxymethylguanidin, Glycinamid, Glycinthioamid,
Aminomethylsulfonamid, Aminomethylharnstoff, Aminomethylthioharnstoff, Imir.oglycinamid, Aminomethylguanidin,
Sarkosinamid, Sarkosinthioamid, Butylaminomethylsulfonamid, Thioglykolsäureamid,
Thioglykolsäurethioamid, Malonsäurediamid, Thiomalonsäurediamid,
Aminosulfonylacetamid, Ureidoacetamid, Thioureidoacetamid, Carbaminsäureglykolsäureamidester,
Carbaminsäurethioglykolsäureamidester, Thiocarbaminsäure-glykol-säureamidester.
Amidosulfonsäure-glykolsäureamidester, Guanylacetamid, Guanidino-acetamid,
Malonsäuredithioamid, Aminosulfonylthioacetamid, Ureidothioacetamid,
Thioureidothioacetamid, Carbaminsäure-glykolsäurethioamidester,
Ureidomethylsulfonamid, Methylen-bis-harnstoff, Ureidomethyl-thioharnstoff,
Ureidomethylguanidin, Thioureidomethylsulfonamid, Methylen-bis-thioharnstoff,
Thioureidomethylguanidin, Malonsäureamidhydrazid, Aminosulfonyl-acethydrazid, Ureidoacethydrazid.Thioureidoacethydrazid,
Carbamyl-acethydrazid, Amidosulfonsäure-glykolsäurehydrazid, Guanidino-acethydrazid, Glykolsäureureid,
J'l
60
Glycinureid, Sarkosinureid, Thioglykolsäureureid,
Malonsäureamidureid.
Malonsäurethioamid-ureid,
Ureidoacetureid, Malonsäureureid-hydrazid.
Hydrazino-acetureid, Hydrazinoacetamid, Hydrazinothioacetamid,
Aminosulfonylmethyihydrazin,
Hydrazinomethylharnstoff, Hydrazinomethylthioharnstoff,
Carbamylmethylhydrazin, Glykolsäurethioureid, Glycinthioureid, Äthylaminomethylharnstoff.
N-Methyl-N'-methylaminomethylharnstoff,
Malonsäuremonoamid, Carboxymethylharnstoff, Carbamylessigsäure,
Thiocarbamyl-O-essigsäure.
Thiocarbamyl-S-essigsäure, Amidosuifon-säuregiykoisäureester,
Carboxymethylguanidin, Guanylessigsäure.
Malonsäuremonoureid, 2- Hydroxypropion-säureamid, 1 -Hydroxypropionsäureamid,
2-Hydroxyäthyl-thiopropionamid.
2- Hydroxyäthylsulfonamid, N-Methyl-2-hydroxyäthylsulfonamid.
2-Hydroxyäthy !-harnstoff, -l^'-Diureidomethyl-diphenyloxid,
Äthylen-bis-methan-sulfonamid.
Hexamethylen-bis-p-toluolsulfonamid.
4,4'- Diureidomethyl-benzol, N,N-Bis-(2-hydroxyäthyI)-harnstoff, 2-Hydroxyäthylthioharnstoff,
N,N-Bis-(2-hydroxyäthyl>-thioharnstoff.
2-Hydroxyäthylurethan.
Äthylenglykol-bis-carbaminsäureester,
2-Hydroxyäthyl-guanidin.
2-Hydroxypropionsäureureid, ^-Alaninamid, Λ-Alaninamid, Sarkosinamid,
Taurinamid. N-Methyl-taurinamid, 2-Aminoäthylharnstoff,
2-Aminoäthylthio-harnstoff, 2-Aminoäthylurethan, S-(2-hydroxyäthylVthiourethan,
0-(2-hydroxyäthyl)-thiourethan, 2-Hydroxy-äthyl-schwefelsäureamid,
Guanyl-äthanol. Guanyl-äthylamin, 2-Aminoäthylguanidin, 2-Mercaptopropionsäureamid,
2-Mercaptoäthylsulfonamid, Bernsteinsäuremonoamid,
.Maleinsäuremonoamid, 2-Carboxyäthylsulfonamid,
2-Carboxyäthylharnstoff,
2-Carboxyäthylurethan, 2-Guanyl-propionsäure,
2-Carboxyäthylguanidin, Bernsteinsäuremonoureid,
Bernsteinsäurediureid, Fumarsäurediureid, Malonsäurediureid, Bernsteinsäurediamid,
Amidosulfonylpropionsäureamid, 2-Carbonamidoäthylharnstoff, 2-Carbonamidoäthy)urethan,
2-Carbonamidoäthyl-schwefelsäureamid, 2-Guanyl-propionamid,
2-Carbonamidoäthylguanidin,
23
Bernsteinsäureamid-ureid, Bernsteinsäuredithioamid,
Bernsteinsäureamidhydrazid, Hydrazinocarbonyläthylhamstoff.
Hydrazinocarbonyläthylurethan.
Amidosulfonyl-äthylhainstoff.
Äthylen-bis-harnstoff, Carbamyläthylharnstoff,
Guanyläthylharnstoff, Guanidinoäthylharnstoff, Ureidopropionsäureureid,
Äthylen-bis- thioharnstoff, 2-Hydrazinopropionamid, 2-HydrazinoäthyIharnstoff,
2-Hydrazinoäthylihioharnstofi, 2- Hydrazinoä thy !urethan,
üuanylä thy I-hydrazin,
2- Hydrazinoäthy !guanidin,
2-Hydrazinopropionsäureureid, ß-Hydroxybutyramid.ß-Hydroxypropylharnstoff,
N,N-Bis-(3-hydroxypropyl)-harnstoff, N,N-Bis-
(3-hydroxypropyl)-thioharnstoff, 3-Hydroxypropylurethan,
3-Hydroxypropylguanidin, Leucinamid, Isoleucinamid, 3-Aminopropylsulfonamid,
3-Aminopropylharnstoff,
3- A minopropyl- thioharnstoff,
3- Aminopropy !urethan, Guanylpropylamin, 3-Aminopropyl-guanidin,
3-Carboxypropylharnstoff, Glutarsäurediamid,
3-Carbonamidopropy I harnstoff, 3-Guanyl-butyramid, /J-Carboamidopropyl-guanidin.
Trimethyleri-bis-harnstoff, Trimethylen-bis-thioharnstoff,
3-Hydrazino-butyramid, 3-Hydrazinopropy !harnstoff, 4-Aminobuttersäureamid,
5-Aminovaleriansäureamid.
6-Aminocapronsäureamid, 11-Aminoundecansäureamid,
1,4-Tetramethylen-bis-harnstoff.
1,6-Hexamethylen-bis-harnstoff,
2,2-Dimethyl-1,3-trimethylen-bis-harnstoff,
Äpfelsäurediamid, Asparaginsäurediamid.
Zitronensäurediamid,
die isomeren Aminophthalsäurediamide und Hydro
xyphthalsäurediamide, Zitronensäurediureid, Aminophthalsäurediureid, Asparaginsäurediureid,
Carbaminsäure-2-hydroxylester, Hydroxy-methyldicyandiamid,
Ν,Ν'-Bis-hydroxyäthyldicyandiamid, 6-Methylaminocapronsäureamid,
6-Aminocapronsäureamid, 6-Aminocapronsäuremethylamid,
ö-Methylaminocapronsäure-methylamid, Maleinsäure-bis-amid.Phthalsäure-bis-amid,
Isophthalsäure-bts-amid, Terephthalsäure-bis-amid,
Hydroxyäthoxypropionsäureamid, Hydroxyhexyloxypropionsäureamid, 6-Aminocapronsäureureid,
1 i-Aminoundecansäureureid.
p-Aminobenzamid, p-Aminobenzureid und Glutarsäureamid.
Neben den beispielhaft genannten Verbindungen
Neben den beispielhaft genannten Verbindungen
Y-X-NHR bzw. Y-R2-(X-NHR),,
■-> kann besonders vorteilhaft auch Äthylenharnstoff (Imidazolidon) mit den NCO-Gruppen enthaltenden
Prepolymeren zwecks Einbau von endständigen Gruppen — X —NHR umgesetzt werden.
Äthylenharnstoff und auch die Verbindungen
Äthylenharnstoff und auch die Verbindungen
"' Y-X-NHRbzw.Y-R2-(X-NHR)„
können in Äquivalenz zu den vorhandenen NCO-Gruppen, aber auch im Überschuß eingesetzt werden.
Bevorzugt ist ein Äquivalentverhältnis von 1.0 bis 2,5
i) und insbesondere von 1,0 bis 1,5.
Endgruppen der Formel — X —NHR entstehen auch
dadurch, daß man Prepolymere mit endständigen NCO-Gruppen mit Ammoniak oder primären Aminen,
beispielsweise mit Methylamin und Äthylamin, umsetzt.
2(i Hierzu wird zweckmäßig die Aminkomponente vorgelegt
und das Prepolymere zugesetzt oder das Amin zur Herabsetzung der Reaktionsfähigkeit in das Carbonat
übergeführt. Die Umsetzung kann in Gegenwart von Wasser vorgenommen werden.
2'> Ganz besonders bevorzugt sind Harnstoff-, Thioharnstoff,
Alkylen-bis-harnstoffe, Aminocarbonsäureamide und -ureide sowie Imidazolidon.
Im allgemeinen steht R bevorzugt für Wasserstoff. Derartige Endgruppen —X-NH2 gewährleisten beson-
JIi ders hohe Reaktionsfähigkeit mit Formaldehyd, was für
bei Raumtemperatur oder nur wenig erhöhter Temperatur selbstvernetzende Dispersionen von besonderer
Wichtigkeit ist. Von den substituierten Harnstoffen ist Imidazolidon (Äthylenharnstoff) und seine Derivate
j) besonders reaktionsfähig und daher bevorzugt.
Auch einige der unter den anionischen Modifizierungskomponenten aufgeführten Verbindungen eignen
sich zur Umsetzung mit NCO-Gruppen tragenden Prepolymeren und Bildung von Polyurethanen, welche
mi gegenüber Formaldehyd reaktionsfähige Endgruppen
tragen. Es sind dies vor allem Verbindungen, die gleichzeitig eine gegenüber NCO reaktionsfähige
Gruppierung, eine Amid- oder Ureidgruppe und eine Carboxyl- bzw. Sulfonsäuregruppe, gegebenenfalls in
4"> Salzform aufweisen.
Beispiele sind: Dioxymaleinsäuremonoamid, Weinsäuremonoureid.
Citronensäuremono- und diamid, Citronensäuremono- und -diureid, Weinsäureamid, Asparagin,
Glutamin, Asparaginsäuremonoureid, Glutaminsäuremonoureid. Ureidobernsteinsäure, N-Hydroxyäthyl-asparagin,
N-Hydroxyäthylasparaginsäureureid, Additionsprodukte von Aminoamiden oder Aminoureiden
an «^-ungesättigte Carbonsäuren, von Aminocarbon- oder -sulfonsäuren an a^-ungesättigten Carbonsäureamide
oder -ureide und N-Carbonamidomethyl-6-aminohexansäure.
Analog können auch entsprechende (potentielle) kationische Verbindungen eingesetzt werden, z. B.
«-Dimethylarnino-/?-hydroxypropionamid.
Selbstverständlich kann man die Endgruppen
-X-NHR bzw. -X-NH2
auch auf andere Weise einführen, beispielsweise indem
man bei der Herstellung der von NCO-Gruppen freien Polyurethanpolyelektrolyte Poly(ester)amide mit (anteilig)
endständigen Carbonamidgruppen oder Ureidgruppen verwendet und in diesem Fall weniger als die
äquivalente Menge Diisocyanat einsetzt
Eine weitere Methode besteht darin, Polyester mil endständigen Carboxylgruppen oder niedermolekulare
Polycarbonsäuren als Baukomponenten einzusetzen. Nach Umsetzung mit unterschüssigen Mengen an
Polyisocyanat erhält man ein Polyurethan mit endständigen Carboxylgruppen, das mit Ammoniak umgesetzt
und erhitzt wird, wobei in bekannter Weise (anteilig) Säureamidgruppen gebildet werden.
Eine andere Methode besteht darin, Polyurethane mit endständigen tertiären Aminogruppen mit einem
Alkylierungsmittel zu quaternieren, welches eine Gruppe der allgemeinen Formel —X-NHR enthält. Auch
die Herstellung von Polyurethanen mit endständigen tertiären Aminogruppen ist beispielsweise in der BE-PS
6 36 799 beschrieben.
Zur Herstellung derartiger Polyurethane mit tertiären Aminogruppen werden vorzugsweise entsprechende
NCO-Prepolymere mit beispielsweise Dimethylaminoäthanol, Dimethylaminopropanol, N,N-Dimethylhydrazin,
N,N-Dimethyläthylendiamin, N,N-Dimethylaminopropylamin oder Ν,Ν-Dimethylaminohexylamin umgesetzt.
Geeignete Alkylierungsmittel sind beispielsweise
Chloracetamid, Bromacetamid,
N-Methylchloracetamid,
ß-Brompropionsäureamid,
Λ-Chlorpropionsäureamid.
rt-Brompropionsäureamid,
m-Brom-isobuitersäureamid,
m-Chlormethylbenzamid,
p-Chlormethylbenzamid,
p-Chlormethylbenzamid,
4-ChIormethyl-phthalsäurediamid,
α- Brombernsteinsäurediamid,
a-Methylsulfonyl-oxy-bernsteinsäurediamid.
Äthylsulfonyloxyacetamid und
Chloracetylharnstoff.
Ebenso lassen sich Polyurethane mit endständigen reaktionsfähigen Halogenatomen, deren Herstellung
beispielsweise in der BE-PS 6 36 799 beschrieben ist, mit tertiären Aminoamiden quaternieren, z. B. mit Dimethylaminoacetamid,
2-Diäthylaminopropionamid, Dimethylaminobernsteinsäurediamid,
p-Diäthylaminomethylbenzamid, m-Dimethyl-aminobenzamid, 2-Dimethylaminopropionsäureamid
und 2-Dibutylaminopropionsäureamid.
Nach einer weiteren Methode können in bekannter Weise hergestellte Polyurethane mit beispielsweise
endständigen —OH-, -SH-, — NH2-Gruppen durch
Addion von Acrylamid oder Acrylnitril und anschließende Partialhydrolyse in Polyurethane mit endständigen
Amidgruppen überführt werden. Durch Addion von z. B. Maleinamidsäure oder Meleinursäure wird gleichzeitig
die elektrolytbildende Gruppe eingeführt.
Auch die Addion von beispielsweise Hydroxyalkylamiden,
Hydroxyalkylharnstoffen, Marcaptoalkylamiden, Aminoalkylamiden, Aminoalkylthioharnstoffen an
endständige additionsfähige Doppelbindungen, wie sie etwa durch Einbau ungesättigter Dicarbonsäuren oder
Glykole im Polyurethan vorliegen, kommt als Methode für die Einführung von Gruppen der allgemeinen
Formel
-X-NHR
in Betracht
Die Gesamtmenge an —X —NHR-Gruppen sollte
jedoch 400 Milliäquivalent-% nicht überschreiten und
liegt vorzugsweise bei 20 bis 120 Milliäquivalent-°/o.
Im Durchschnitt soll ein Polyiirethanmolekül 1,5 bis
10 solcher —X —NHR-Endgruppen besitzen, bevorzugt jedoch 2 bis 5.
Die Einführung der gegenüber Formaldehyd reakti-• ven Endgruppen in das Polyurethan erfolgt bei
Temperaturen, die zwischen Raumtemperatur und ca. 190°C liegen. Bevorzugt sind Temperaturen zwischen
80 und 1600C. Bei höheren Umsetzungstemperaturen besteht die Gefahr beginnender Zersetzung der
in Polyurethanpolyelektrolyte, während bei tieferer Temperatur
die Rührbarkeit beeinträchtigt ist. Im übrigen hängt die gewählte Umsetzungstemperatur von der
Reaktivität der dem Präpolymeren zugesetzten, die
— X —NHR-Endgiuppen liefernden Verbindung ab.
ι '> Die Umsetzung eines freie NCO-Gruppen aufweisenden
Prepolymeren mit beispielsweise 6-Aminocapronsäureamid erfolgt bereits bei 80°C und darunter
ausreichend rasch, während die Reaktion mit Harnstofftemperaturen über 120°C erfordert. Im allgemeinen ist
j<i es zweckmäßig, über dem Schmelzpunkt der die
— X —NHR-Gruppe enthaltenden Verbindung zu arbeiten,
sofern keine ausreichende Löslichkeit gegeben ist.
Nach der Verfahrensvariante a) werden freie
NCO-Gruppen tragende Prepolymere, welche einen
-'"> Gehall von 0,3 bis 20%, vorzugsweise 0,8 bis 10% freien
NCO-Gruppen aufweisen, mit Verbindungen umgesetzt, welche mindestens eine, bevorzugt jedoch mindestens
zwei, freie reaktive Methylolgruppen tragen. Ganz besonders bevorzugt sind Prepolymere mit 1,5 bis 6%
«ι freien NCO-Gruppen.
Diese freie Methylolgruppen tragenden Verbindungen sind beispielsweise die Mono-, Di- und Oligomethylolverbindungen
der vorstehend näher definierten Verbindungen
'"' Y-X-NHRbzw.Y-R.-(X-NHR),,,
ferner1 eignen sich Methylolverbindungen von aliphatischen
und araliphatischen Ketonen. Nitrilen, /3-Ketoncarbonsäureestern,
allgemein von Verbindungen mit jo CH-aciden Wasserstoffatomen, sowie von Phenolen, Di-
und Polycarbonsäureamiden, Di- und Oligourethanen. Einschränkend gilt, daß die zur Umsetzung mit
NCO-Prepolymeren geeigneten Verbindungen nach erfolgter Reaktion mit den vorhandenen Isoeyanatgrup-
-n pen noch mindestens eine freie Methylolgruppe aufweisen müssen.
Geeignete Methylolverbindungen sind z. B.:
Dimethylolharnstoff.Tetramethylolhamstoff,
Trimethyloirnelamin.Tetrarnethylolmelarnin,
r><> Pentamethylolmelamin, Hexamethylolmelamin,
Tetramethylolhydrazodicarbonamid,
Dimethyloldicyandiamid,
PentamethyloW-ureido-ö-methyl-hexahydro-
Dimethylolharnstoff.Tetramethylolhamstoff,
Trimethyloirnelamin.Tetrarnethylolmelarnin,
r><> Pentamethylolmelamin, Hexamethylolmelamin,
Tetramethylolhydrazodicarbonamid,
Dimethyloldicyandiamid,
PentamethyloW-ureido-ö-methyl-hexahydro-
pyrimidon,
γ-, Dimethylol-p-kresol.Tetramethylolaceton,
Hexamethylolaceton,
Tetramethylolmethyläthylketon,
Pentamethylolmethyläthylketon,
Tetramethylolhexanon und
bo Dimethylolthioharnstoff.
Hexamethylolaceton,
Tetramethylolmethyläthylketon,
Pentamethylolmethyläthylketon,
Tetramethylolhexanon und
bo Dimethylolthioharnstoff.
Darüber hinaus kommen als Methylolverbindungen solche der bereits aufgeführten Verbindungen in Frage,
welche gegenüber Formaldehyd reaktive Enagruppen besitzen.
Weiterhin kommen Methylolgruppen enthaltende Kondensationsprodukte aus Harnstoff-Formaldehyd,
Harnstoff-Acetaldehyd-Formaldehyd, Harnstoff-Furfurol-Formaldehyd,
Harnstoff-Crotonaldehyd-Formalde-
hyd und Melamin-Formaldehyd in Betracht. Allgemein lassen sich die verschiedenartigsten Methylolgruppen
enthaltenden Phenol-Formaldehyd bzw. Amin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte
einsetzen, die als Phenol- oder Aminharze vielfältig beschrieben sind und technisch hergestellt werden. Auch Methylolgruppen
enthaltende Xylol-Formaldehyd-Harze können eingesetzt
werden.
Auch höhermolekulare, auf Basis Acrylamid bzw. Methacrylamid und Formaldehyd aufgebaute niedermolekulare
Polymerisate und Copolymerisate können Verwendung finden.
Allgemein können die Methylolverbindungen von Di- und Oligourethanen, wie sie allgemein aus Polyisocyanaten
und Alkoholen oder aus Polyisocyanaten und Polyalkoholen oder aus Monoisocyanaten und Ppolyalkohlen
entstehen, Verwendung finden. Beispiele sind Methylolverbindungen der Addukte von: 1,6-Hexandiisocyanat
und Methanol, Äthanol oder Propanol, 2,4-Toluylendiisocyanat und Trimethylolpropan oder
Methanol, Triphenylniethantriisocyanat und Methanol, Pentaerythrit und Methylisocyanat sowie von Trimthylolpropan
und Methoxymelhylisocyanat.
Im allgemeinen ist die zum Einsatz kommende Methylolverbindung von nichlionischem elektroneutralem
Charakter. Sie wird dann mit einem NCO-Prepolymeren umgesetzt, welches selbst (potentiell) Elektrolytcharakter
aufweist, z. B. vermöge eingebauter kationischer oder anionischer Salzgruppen oder Vorstufen
hiervon, wie basischer Aminogruppen, Sulfidgruppen oder Carboxylgruppen.
Man kann jedoch auch von Prepolymeren ausgehen, welche frei von ionischen Gruppen bzw. deren
Vorstufen sind und diese Prepolymeren mit (potentiell) ionische Gruppen tragenden Methylolverbindungen
umsetzen, insbesondere mit solchen, welche basische Amino-, quartäre Ammonium-, Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen
bzw. deren Salze tragen.
Solche Produkte sind beispielsweise: Methylolverbindungen
von Dioxymaleinsäuremonoamid, Weinsäuremonoureid, Citronensäuremono- und -diamid, Citronensäure-mono-
und diureid, Weinsäureamid, Asparagin, Glutamin, Llridobernsteinsäure. Bemsteinsäuremonoureid,
Maleinamidsäure, Maleinursäure, Acetylhamstoff-C-sulfonsäure,
N-Hydroxyäthylasparagin, N-Hydroxyäthylasparaginsäureureid,
N-Carbonamido-mcihylglycin, Natriumsulfomethyldicyandiamid sowie Methylolgruppen
enthaltende Aminoplast- und Phenoplast-Vorkondensate, welche durch Mitverwendung (potentiell)
ionischer Komponenten Elektrolytcharakter aufweisen. Derartige ionische Komponenten, die im
allgemeinen zusammen mit den üblichen Komponenten, wie Harnstoff, Melamin, Cyananiid, Dicyandiamid,
Phenol, Kresol, Aldehyden, Ketonen zum Einsau kommen, sind z. B. Glycin, Taurin, Ν,Ν-Dimethyläthylendiamin
und Chloracetamid.
Die genannten Methylolverbindungen müssen im Überschuß zu den NCO-Gruppen des Prepolymeren
angewandt werden.
Die Umsetzung der Ausgangsstoffe zu den (potentiellen) Polyurethanpolyelektrolyten, insbesondere deren
letzte Stufe, nämlich die Reaktion des NCO-Prepolymeren
mit Verbindungen
Y-X-NH-Rbzw. Y-R2-X-NHR
hzw. den Methylolverbindungen, kann auch durch
Zugabe geringer Mengen von Lösungsmitteln, wie Dimethylformamid, Diäthylformamid, Äthylenglyko!,
Diäthylenglykol sowie deren Äther und Ester, begünstigt
werden. Die auf diese Weise eingeführte Lösungsmittelmenge soll indessen höchstens ca. 6% der
gesamten Polyurethandispersion betragen. Vorzugsweise beträgt ihre Menge jedoch nur 0,2 bis 2%.
Besonders günstig ist die Verwendung von Lösungsmitteln mit Hydroxygruppen, welche später unter der
Wirkung des zugesetzten Formaldehyds in das Polyurethan eingebaut werden.
Bei der Quaternierungsreaktion eines potentiellen Polyurethanelektrolyten, welcher basische Stickstoffatome
enthält, mit Chloracetamid wird z. B. durch Zusatz von 1 bis 3% Glykolmonomethylätheracetat die
Sublimation des Amids an die kühlen Teile des Reaktionsgefäßes vermieden.
Es sei jedoch betont, daß das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in Abwesenheit organischer
Lösungsmittel durchgeführt wird. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber
anderen zum Stand der Technik zählenden Verfahren besteht darin, daß ohne Nachteil auf jedes organische
Lösungsmittel verzichtet werden kann, um Polyurethane aus wäßrigen Dispersionen zu erhalten, und daß die
gebildeten Dispersionen dabei weder einem Destillationsprozeß unterworfen zu werden brauchen, noch
irgendwelcher Vorsichtsmaßnahmen durch Anwesenheit von Restlösungsmittelmengen bedürfen. Selbstverständlich
kann bereits in diesem Stadium der Reaktion Wasser als Lösungsmittel eingesetzt werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren in Abwesenheit organischer Lösungsmittel zu arbeiten ist dadurch
möglich, daß im Gegensatz zu den Verfahren gemäß Stand der Technik niedermolekulare von NC-Gruppen
freie Polyurethane durch Vermischen mit Wasser dispergiert werden. Erst während bzw. zu einem
beliebigen Zeitpunkt nach der Dispergierung kommt es durch eine Wärmebehandlung und gegebenenfalls
Erniedrigung des pH-Wertes zu einer weiteren kettenaufbauenden Reaktion, die je nach Wunsch zu
einem thermoplastischen oder mehr oder weniger vernetzten hochmolekularen Polyurethan führt. Diese
kettenaufbauende Reaktion zum Hochpolymeren findet im wäßrigen Zweiphasensystem ohne nennenswerte
Viskositätserhöhung und/oder erst unter Formgebung statt.
Beim Aufbau potentiell kationischer Polyurethane mil eingebauten tertiären Aminogruppen kann auf die
Mitverwendung von Katalysatoren meist verzichtet werden. Beim Aufbau von Sul'oniumgruppen aufweisenden
Polyurethanen oder Polyurethanen mit anionischen Gruppen kann die Mitverwendung eines Katalysators
vorteilhaft sein. In Frage kommen insbesondere tertiäre Amine und metallorganische Verbindungen,
z. B. Tributylamin, Diazabicyclooctan, Pyridin, Zinnoctoat,
Dibutylzinndilaurat, Zinkoctoat, Kobaltnaphthenat
und EisenacetylacetonaL
Die Polyurethanpolyelektrolyte mit endständigen, gegenüber Formaldehyd reaktiven Gruppen, welche mit
Formaldehyd enthaltenden Lösungen während oder unmittelbar vor der Dispergierung in Methylolgruppen
aufweisende Polyurethanpolyelektrolyte übergeführt werden, besitzen ein durchschnittliches Molekulargewicht
von weniger als 25 000, vorzugsweise zwischen 2000 und 10 000. Ganz besonders bevorzugt ist der
Bereich zwischen 3000 und 8000. Sie dürfen ferner keine freien NCO-Gruppen mehr aufweisen. Das durchschnittliche
Molekulargewicht läßt sich zwar nur schwierig exakt bestimmen, jedoch mit ausreichender
O
P
O OH
P
O OH
Genauigkeit abschätzen. Endgruppen-Bestimmung und osmometrische Messungen sind brauchbar. In vielen
Fällen ergibt sich das ungefähre durchschnittliche Molekulargewicht aus der Stöchiometrie der Reaktiospartner
beim Aufbau des Polyurethans. >
Setzt man beispielsweise 2 Mol einer Dihydroxyverbindung mit einem Molekulargewicht von 2000. 1 Mol und
eines basischen Kettenverlängerungsmittels mit einem Molekulargewicht von 119, 4,75 Mol Hexamethylendiisocyanat-1.6
(Molekulargewicht 168) und 3,5 Mol w Harnstoff (Molekulargewicht 60) zu einem Polyurethan
mit 2 endständigen Biuretgruppen um, so errechnet sich das mittlere Molekulargewicht zu
MG = fs
(2 χ 2000 +119 + 4,75 χ 168 + 3,5 χ 60) =t 3000
Das so berechnete Molekulargewicht liegt praktisch in allen Fällen unter 10 000 und meistens unter 8000.
Für die Praxis ist ein weiteres wichtiges Kriterium, daß bei 1200C die Viskosität des Polyurethanpolyelektrolyten
niedriger als 1500 Poise liegt. Bevorzugt beträgt die Viskosität zwischen 50 und 1000 Poise. Bei
höheren Viskositäten bereitet das Einmischen von wäßrigen Formaldehyd enthaltenden Lösungen Schwierigkeiten
und erfordert Spezialaggregate, z. B. lnnenmi- —N—
scher oder Schneckenmaschinen oder langsam laufende | Spiralrührer. Auch besteht die Gefahr vorzeitiger jo
Molekülvergrößerung bis zur Vernetzung, noch ehe die Dispergierung abgeschlossen ist. Steht kein geeignetes
Meßgerät zur Verfügung, so kann als Anhaltspunkt — P dienen, daß die Reaktionsmasse in einem 3-Liter-Glas- ||
becher bei 1200C mit einem gewöhnlichen Ankerrührer y,
bei 50 bis 200 U/Min., gut rührbar sein soll.
Produkte mit Viskositäten unter 50 und insbesondere unter 10 Poise sind praktisch kaum von Interesse, da das
Eigenschaftsbild der Endprodukte dann weniger günstig ist.
Es ist hervorzuheben, daß bei den erfindungsgemäß verwendeten Polyurethanpolyelektrolyten mit gegenüber
Formaldehyd reaktiven —X—NHR-Endgruppen keine feste Relation zwischen Viskosität und Molekulargewicht
besteht. Wohi steigt bei definierter chemischer Zusammensetzung mit dem Molekulargewicht auch die
Viskosität an; von wesentlich größerem Einfluß auf die Viskosität ist jedoch der chemische Charakter des
Polyurethans und insbesondere Gehalt und Sequenz an ionischen und zur Wasserstoffbrückenbindung befähigten
Gruppen.
Die Polyurethanpolyelektrolyte mit gegenüber Formaldehyd reaktiven —X—NHR-Endgruppen müssen
einen Gehalt von 4 bis 120 Milliäquivalent-% an Salzgruppen aufweisen. Das bedeutet, daß bei einem
Durchschnittsmolekulargewicht von 2500 mindestens jedes zehnte Molekül eine Salzgruppe trägt Diese
Salzgruppen tragenden Anteile der Polyurethane wirken dann als Emulgatoren für die nichtionischen
Anteile. Es kommen Salzgruppen verschiedenartiger chemischer Konstitution in Betracht
Die gebräuchlichsten Gruppen sind folgende:
— P
O R
Dasselbe gilt für Methylolgruppen tragende Polyurethanpolyelektrolyte.
Es ist nicht notwendig, daß vor der Zugabe der wäßrigen Formaldehyd enthaltenden Lösungen die
Polyurethane bereits fertig in Salzform vorliegen. Stattdessen können diese Gruppen auch potentiell, d. h.
in zur Salzbildung befähigter Form, vorhanden sein. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Salzbildung
durch einen einfachen Neutralisationsvorgang in Gegenwart von Wasser erfolgt.
Zur Salzbildung befähigte Gruppen (potentielle Elektrolytgruppen) sind z. B.
COOH
SO,H -SO2H
—N—
—SO,
—s— — p— —coo
65
— O—SO3
—so.
O R
Da die Salzbildung im wasserfreien Medium meist mit starker Zunahme der Viskosität verbunden ist, kann es
insbesondere bei ohnedies hochviskosen Polyurethanen vorteilhaft sein, die Salzbildung durch Säuren bzw.
Basen erst während der Wasserzugabe vorzunehmen.
Selbstverständlich können Salzgruppen und zur Salzbildung befähigte Gruppen auch nebeneinander
vorliegen.
Zur Erzielung sowohl einer guten Dispergierung als auch eines guten Eigenschaftsbildes der Endprodukte ist
es weiterhin erforderlich, daß die (potentiellen) Polyurethanpolyelektrolyte
hydrophobe, nichtionische Kettensegmente von mindestens 60 Kettengliedern aufweisen.
Unter »hydrophoben Kettensegmenten« sollen solche Segmente verstanden werden, welche weder Salzgruppen
noch zur Salzbildung befähigte und im Verlaufe des Verfahrens in Salzgruppen überführbare Gruppen
enthalten. Vorzugsweise handelt es sich um Polyäther-. Polyester-, Polythioäther-, Polyacetalstgmente, welche
auch durch längere Kohlenwasserstoffreste oder Urethan- bzw. Harnstoffgruppen unterbrochen sein können.
Besonders bevorzugt sind solche Polyurethane, bei denen diese hydrophoben Segmente aus 250 bis 400
Kettengliedern bestehen und nur wenige, z. B. 4 bis 10
Urethan- bzw. Harnstoffgruppen aufweisen.
Nach einer bevorzugten Arbeitsweise wird zur Herstellung der wäßrigen Dispersion dem von NC-Gruppen
freien Polyurethanpolyelektrolyten zunächst soviel Wasser zugesetzt bis eine Trübung einsetzt
Diese Wassermenge enthält gegebenenfalls die zur Neutralisation saurer oder basischer Gruppen notwendigen
Mengen an Basen oder Säuren. Die zunächst
zugesetzte Wassermenge beträgt >/io bis Ua des
Gewichts des Polyurethanpolyelektrolyten. Die Temperatur liegt bevorzugt zwischen 50 und 100° C. Anschließend
gibt man bei über 50°C die wäßrige Formaldehydlösung und schließlich V» asser zu, wobei während der
Wasserzugabe die Temperatur 150° C betragen kann. Wenn gewünscht, kann dabei auch unter Druck
gearbeitet werden.
Man kann auch die notwendige Menge an Formaldehyd in der gesamten zur Dispergierung notwendigen
Wassermenge lösen und diese stark verdünnte Fcrmaldehydösung allmählich einrühren.
Es ist auch möglich, der Polyurethanschmelze zunächst eine konzentrierte. Formaldehyd enthaltende
wäßrige Lösung oder Suspension zuzufügen, z. B. eine Suspension von Paraformaldehyd in wenig Wasser, und
das gebildete Polyurethan anschließend durch Einmischen von Wasser zu dispergieren. Paraformaldehyd
bzw. Formaldehyd abgebende Verbindungen und Wasser können auch nacheinander dem Polyurethanpolyelektrolyten
zugesetzt werden, wobei eine Formaldehyd enthaltende wäßrige Lösung in situ gebildet wird.
Wesentlich im Sinne dieser Ausführungsform der Erfindung ist lediglich, daß zumindest Anteile des
zugesetzten Wassers Formaldehyd enthalten.
Anstelle von freiem Formaldehyd können auch wäßrige Lösungen von Formaldehyd abgebenden
Substanzen, insbesondere Paraformaldehyd und Trioxan, eingesetzt werden. Auch Methyloläther kommen
in Betracht, sofern sie zusammen mit sauren Katalysatoren
zur Anwendung kommen und somit anteilig als freie Methylolverbindungen bzw. freier Formaldehyd vorliegen.
Folgende Methylolverbindungen kommen beispielsweise in Betracht: Dimethylolharnstoff, Hexamethylol- j,
melamin, Hexamethylolmelaminmethyläther, Tetramethylolaceton, Hexamethylolaceton, Methyolverbindungen
und Methyloläther von Harnstoff, Äthylenharnstoff, Methylendihamstoff, Biuret, Carbonyldiharnstoff, Hexamethylendiharnstoff,
Acetylendiharnstoff, Hydrazodicarbonamid, Tetrahydropyrimidinon, Tetrahydro-1,3,5-oxadiazinon-(4).
Dicyandiamid, Acrylamid- und Methacrylamid-Polymerisate, Formoguanamin, Acetoguanamin
und Berizoguanamin.
Auf jeden Fall sollen die wäßrigen Lösungen-solcher λ;
Formaldehydderivate unter den Reaktionsbedingungen im Gleichgewicht freien Formaldehyd enthalten, um
eine Reaktion mit den Reaktivgruppen X NHR zu gewährleisten.
Eine Weiterkondensation, wobei die Methylolgruppen weitgehend abreagieren, muß dagegen vor Bildung
der Dispersion unbedingt vermieden werden. Man erreicht dies, indem man das vermischen der von
NCO-Gruppen freien Polyurethanpolyelektrolyten mit den Formaldehyd enthaltenden wäßrigen Lösungen
vorzugsweise bei pH-Werten zwischen 9 und 4,1 und insbesondere zwischen 7,5 und 5,5 durchführt. Weiterhin
soll der Mischvorgang bis zur Bildung der Dispersion im allgemeinen nicht lunger als etwa zwei Stunden
erfordern. e>o
Die Menge des benötigten Formaldehyds in freier oder gebundener Form hängt von der Menge der
vorhandenen — X-NHR-Endgruppen ab. Dabei sind auch innerhalb der Kette befindliche —X —NHR-Endgruppen
zu berücksichtigen, beispielsweise wenn b5 tertiärer Stickstoff mit Chloracetamid quaterniert
worden ist. Das Äquivalentverhältnis — X-NHR zu Formaldehyd (bezogen auf freien Formaldehyd) liegt
zwischen 1 :0,3 und 1 :4, insbesondere zwischen 1 :2 und 1 :0.6. Niedrigere Formaldehydmengen sind wegen
der dann in nicht ausreichendem Maße erfolgenden Kettenverlängerung ungünstig, selbst wenn ausreichende
Dispergierbarkeit gegeben ist Höhere Formaldehydmengen sind im allgemeinen nutzlos, bedingen
jedoch starken Geruch der Dispersion und hohe Formaldehydabgabe bei der Trocknung.
Um die Reaktion zwischen den —X—NHR-Endgruppen
mit dem gelösten Formaldehyd zu beschleunigen, können Katalysatoren, wie Natriumcarbonat Kaliumcarbonat
Ammoniak oder Urotropin, zugesetzt werden. Deren Menge ist jedoch besonders bei kationischen
Produkten niedrig zu halten, um die Stabilität der gebildeten Dispersionen nicht zu beeinträchtigen.
Die erforderliche Wassermenge hängt vor allem davon ab, bei welcher Konzentration die zunächst
gebildete Paste von Wasser in Polyurethan in eine Polyurethan/Wasser-Dispersion umschlägt Dies kann
schon bei einer Polyurethankonzentration von ca. 68%, aber auch erst bei 20% der Fall sein. Daher beträgt die
insgesamt notwendige Wassermenge das 0,5—4fache und bevorzugt das 0,8—3fache der Polyurethanmenge.
Die Geschwindigkeit der Wasserzugabe ist so zu bemessen, daß das V/asser gleichmäßig von dem
Polyurethan aufgenommen wird. Der Mischvorgang kann im allgemeinen ohne weiteres in üblichen
Ruhrapparaturen bzw. Rührkesseln mit langsam laufenden Ankerrührern vorgenommen werden. Es muß
lediglich für eine den auftretenden hohen Viskositäten angemessene Rührleistung gesorgt werden. Besonders
geeignet sind Rührwerke, die gleichzeitig eine gute Durchmischung des Reaktionsgutes auch in vertikaler
Richtung gewährleisten, wie z. B. Spiralrührer. Schnellrührer sind im allgemeinen weniger geeignet.
Enthält der Polyurethanpolyelektrolyt bereits endständige Methylolgruppen, z. B. wenn die verwendeten
Methylolgruppen aufweisenden Polyurethanpolyelektrolyte solche der Verfahrensvariante a) sind, so
erübrigt sich die Anwesenheit von Formaldehyd während des Dispergiervorgangs. Man geht dann so
vor, daß man in die (potentiellen) Polyurethanpolyelektrolyte mit endständigen reaktiven Methylolgruppen bei
erhöhter Temperatur Wasser, gegebenenfalls zusammen mit zur Neutralisation potentieller Salzgruppen
notwendigen Mengen von Säuren oder Basen, einrührt.
Die dabei vor sich gehende Selbstdispergierung des Polyurethans kommt durch die kombinierte Wirkung
der eingebauten ionischen Gruppen und der endständigen Methylolgruppen zustande.
Im allgemeinen wird das Wasser zunächst unter Bildung einer fast klaren Lösung aufgenommen. Mit
frotschreitender Wasserzugabe entsteht eine milchigweiße Paste, welche das Wasser teilweise gelöst,
teilweise im Polyurethan dispergiert enthält (Dispersion Wasser in Öl-Typ). Mit weiterer Wasserzugabe geht die
Paste in eine Polyurethan-in-Wasser-Dispersion über. In manchen Fällen erfolgt dieser Übergang erst beim
Abkühlen der Dispersion.
Die Temperatur während der Wasserzugabe liegt zwischen 20 und 150° C und vorzugsweise zwischen 50
und 130°C. Man kann z.B. etwa die erste Hälfte der Wassermenge bei Temperaturen zwischen 80 und
130°C einrühren und weiteres Wasser unter gleichzeitigem Abkühlen zugeben. Nach einer besonders bevorzugten
Arbeitsweise wird die gesamte Wassermenge bis zur Bildung der Polyurethan-in-Wasser-Dispersion bei
Temperaturen um 100°C zugegeben. Bei Temperaturen
030120/6
über 130° C wird zweckmäßigerweise unter Überdruck
gearbeitet
Sollte die Herstellung der Polyurethane oder auch nur der Dispergiervorgang kontinuierlich erfolgen, so
eignen sich hierzu besonders Schneckenmaschinen.
Kühlt man die gebildeten Dispersionen unmittelbar nach der Herstellung ab und trocknet bei Raumtemperatur,
so ist das Eigenschaftsbild der Verfahrensprodukte unbedriedigend. Festigkeit und Wasserbeständigkeit
sind schlecht Zur Erzielung befriedigender an wen- '<> dungstechnischer Eigenschaften ist noch eine Wärmebehandlung
der Produkte notwendig. Diese kann vor und/oder während und/oder nach einer Formgebung
der Dispersionen erfolgen. Eine Formgebung besteht z. B. im Trocknen der Dispersion durch Wasserentzug.
Die Herstellung der Verfahrensprodukte ist auch durch einen Koagulationsvorgang, beispielsweise durch elektrophoretische
Abscheidung an einer Elektrode, möglich.
Die Wärmebehandlung vor der Entfernung des Wassers aus der Dispersion besteht darin, daß die
erhaltene Dispersion einige Zeit, z. B. 10 Minuten bis 48
Stunden, einer erhöhten Temperatur über 50° C ausgesetzt wird. Die Zeitdauer hängt dabei von der
Höhe der Temperatur und dem pH-Wert ab. Bei r. pH-Werten von 5 bis 7 und Temperaturen um 50 bis
80° C sind im allgemeinen mehr als 10 bis 48 Stunden notwendig, während bei 140°C und einem pH-Wert von
2 bereits 10 Minuten ausreichend sein können. Bei Temperaturen über 120° C wird bevorzugt im Druckgefaß
gearbeitet.
Nach einer bevorzugten Arbeitsweise wird die erhaltene Dispersion unmittelbar nach der Herstellung
von 1 bis 4 Stunden bei 90 bis 110°C Innentemperatur
nachgerührt. Die dabei erfolgende Nachreaktion wird r> durch Erniedrigung des pH-Wertes auf 5 bis 2,
vorzugsweise auf 4 bis 3, beispielsweise durch Zusatz von Weinsäure oder Phosphorsäure, stark beschleunigt.
Diese Nachbehandlung ist vor allem dann erforderlich, wenn die Trocknung der Dispersion bei Raumtemperatur
vorgesehen und ein Nachheizen nicht möglich ist, z. B. bei Gebäudeanstrichen.
Zusätzlich oder anstelle dieser Maßnahme können die Dispersionen auch bei erhöhter Temperatur getrocknet
werden. ·τ>
Wegen der Gefahr der Blasenbildung sind hierfür Temperaturen unter JOO0C bevorzugt. Meist werden die
Dispersionen vorher auf pH-Werte von 2 bis 5, bevorzugt von 4 bis 3, gebracht, wenn nicht ein
Nachheizvorgang bei höherer Temperatur vorgesehen κι
ist. Diese Arbeitsweise kommt vor allem für kontinuierliche Beschichtungen, Kaschierungen, Verklebungen,
Lackierungen in Beüracht, wo die Trocknung verhältnismäßig rasch im Troukenkanal vorgenommen wird.
Zusätzlich oder anstelle dieser Maßnahmen können v,
die an- oder durchgetrockneten Produkte, z. B. nach Formgebung, auch einem Nachheizvorgang ausgesetzt
werden. Hierzu werden die fertigen Beschichtungen und Lackierungen auf Temperaturen zwischen 50 und
200°C, vorzugsweise zwischen 70 und 150c'C erhitzt und w>
einige Zeit bei dieser Temperatur belassen. Die Trockentemperatur der Umgebung kann bei Kurzzeittrocknung
auch höher liegen, die Temperatur des Polyurethans sollte jedoch 2000C nicht überschreiten.
Bei dieser Temperatur kann eine Verweildauer von 30 « Sekunden ausreichen, während bei 1000C die Nachheizdauer
1 bis 4 Stunden betragen kann.
Die wäßrigen Dispersionen können flüssige oder pastenartige Konsistenz aufweisen und sind ohne
Emulgatorzusatz stabil, jedoch können entsprechende kationische, anionische oder neutrale Emulgatoren und
Schutzkolloide zugefügt werden, wie Sauer oder ammoniakalisch aufgeschlossenes Kasein, Seifen, Invertseifen.
Alkylsulfonate, Polyvinylalkohol, oxyäthylierte Phenole, Oleylalkoholpolyglykoläther, oxyäthyliertes
Polypropylenglykol oder Naturprodukte, wie Gelatine, Gummi arabicum, Tragant und Fischleim.
Derartige Zusätze dienen vor allem der Herabsetzung der verhältnismäßig hohen Oberflächenspannung der
Polyurethandispersionen. Sie beeinflussen ferner die chemische Stabilität der Dispersionen und die Koagulierbarkeit.
Die Dispersionen können mit gleichgeladenen Dispersionen verschnitten werden, wie z. B. mit Polyvinylacetat,
Polyäthylen-, Polystyrol-, Polybutadien-, Polyvinylchlorid- und Copolymerisat-Kunststoff-Dispersionen.
Schließlich können auch Füllstoffe, Weichmacher, Pigmente, Ruß und Kieselsäuresole, Aluminium-, Ton-
und Asbestdispersionen in die Polyureihandispersionen eingearbeitet werden.
Die Dispersionen der Methylolgruppen aufweisenden Polyurethanpolyelektrolyte in Wasser sind stabil, lagerund
versandfähig und können zu beliebig späterem Zeitpunkt, z. B. formgebend, verarbeitet werden. Sie
trocknen im allgemeinen unmittelbar zu formstabilen Kunststoffüberzügen auf, jedoch kann die Formgebung
der Verfahrensprodukte auch in Gegenwart von an sich bekannten Vernetzungsmitteln erfolgen. Dazu werden
den Polyurethandispersionen polyfunktionelle, vernetzend wirkende Substanzen zugesetzt, die nach
Verdunsten des gegebenenfalls vorhandenen Lösungsmittels bei Raum- oder erhöhter Temperatur chemische
Vernetzung bewirken. Genannt seien Schwefel, Schwefelsole, freie und partiell oder vollständig verkappte
Polyisocyanate, Carbodiimide, Polyamine, primäre Monoamine und Ammoniak sowie organische und anorganische
Peroxyde.
Die gegebenenfalls gelösten oder angeschlämmten Vernetzer, Füllstoffe, Pigmente, Verschnittmittel und
sonstigen Zusatzstoffe können dem dispergicrten Polyurethan zugefügt werden. Auch Formaldehyd
und/oder höhere Aldehyde bzw. deren reaktionsfähige Derivate und Kondensate, z. B. mit Aminen und
Kohlensäurederivaten, können den bereits gebildeten Dispersionen zugesetzt werden, ebenso Di- und
Polyepoxide.
Von besonderer Bedeutung als Zusatzkomponenten sind die schon bei der Herstellung der Polyurethanpolyelektrolyte
erwähnten Verbindungen der allgemeinen Formeln
Y_X_NH- K bzw. Y-R2-(X-NH-R)1,
welche als Vernetzer für die vorhandenen Methylolverbindungen wirken. Die letztgenannten Verbindungen
können zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Aufbaus der Polyurethanpolyelektrolyte oder bei der
Dispergierung oder auch erst kurz vor der Applikation zugesetzt werden.
Polyisocyanate in freier Form, die ein Molekulargewicht zwischen 110 und 4000 haben, können dagegen
frühestens unmittelbar vor der Dispergierung der Polyurethanelektrolyte, bevorzugt aber im Anschluß an
die Dispergierung bzw. der fertigen Dispersion zugesetzt werden.
Je nach der gewählten chemischen Zusammensetzung
und dem Gehalt an Urethangruppen und ionischen Gruppen erhält man Polyurethane mit unterschiedlichen
Eigenschaften. So können weiche klebrige Produkte, thermoplastische und gummielastische Produkte
der verschiedensten Härtegrade und sogar glasharte Produkte erhalten werden. Die Hydrophilie
der Produkte kann ebenfalls in weiten Grenzen schwanken. Die elastischen Produkte lassen sich, sofern
sie nicht unter Vernetzerzusatz zu den Dispersionen hergestellt worden sind, bei höheren Temperaturen,
beispielsweise bei 100 bis 180°C thermoplastisch verarbeiten. Vorteilhafterweise werden hierzu geringe
Mengen von Weichmachern oder Quellmitteln, wie z. B. Polyester, Polyäther, Phthalate, Phosphate oder auch
Wasser zugesetzt.
Koagulate, welche z. B. durch Ausfrieren der Dispersionen
oder durch Elektrolytzusatz erhalten werden, lassen sich z. B. durch Pressen und Trocknen in dünne
Felle oder unregelmäßige Granulate überführen, die in üblicher Weise weiterverarbeitet werden.
In manchen Fällen können wäßrige Dispersionen auch zu Pulvern versprüht werden, die sinter- bzw.
schmelzfähig sind.
Soweit es sich um sedimentierende redispergierbare Dispersionen handelt, kann das feinteilige Polyurethan
auch einfach abgesaugt werden. Die erhaltenen Pasten bzw. Pulver können durch Schmelzsintern verfestigt
werden. Die Verfahrensprodukte können schließlich zur Verbesserung ihrer Eigenschaften, beispielsweise der
Erhöhung der Hydrophilie und Lyophobie und der Oberflächenhärte, mit wäßrigen Lösungen, welche
mehrwertige Anionen, z. B. Sulfat-, Disulfonat-, Phosphat- und Slilikofluorid-Anionen enthalten, nachbehandelt
werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Polyurethane sind vielfältig anwendbar.
So können Tauchartikel, nach dem Latex-Schaumschlagverfahren
Schaumstoffe, durrh Elektrolytzusatz zu den wäßrigen Dispersionen auf der Mischwalze
verarbeitbare Koagulate und durch Verdunsten des Wassers klebfreie und klebende Filme und Folien
erhalten werden. Die Verfahrensprodukte sind zur Beschichtung bzw. zum Überziehen und zum Imprägnieren
von gewebten und nichtgewebten Textilien, Leder, Papier, Holz, Metallen, Keramik, Stein, Beton,
Bitumen, Hartfaser, Stroh, Glas, Prozellan, Kunststoffen der verschiedensten Art und Glasfasern, zur antistatischen
und knitterfreien Ausrüstung, als Binder für Vliese, als Klebstoffe, Hatvermittler, Kaschierungsmittel,
Hydrophobiermittel, Weichmacher, Bindemittel, z. B. für Kork- oder Holzmehl, Glasfasern, Asbest,
papierartige Materialien, Plastik- oder Gummiabfälle und keramische Materialien, als Hilfsmittel im Zeugdruck
und in der Papierindustrie, als Zusatz zu Polymerisaten, als Schlichtemittel und zur Lederausrüstung
geeignet.
Aus Supensionen erhaltene Pulver oder Pasten lassen sich als Zusatz zu Polymerisaten, wie Polyvinylchlorid,
Polyvinylacetat, Styrol-Butadien-Copolymerisaten, verwenden. Das Pulver kann den in fester Form bzw. in der
Schmelze vorliegenden Polymerisaten z. B. auf der Mischwalze oder im Extruder zugegeben werden. Man
kann es aber auch z. B. in Polymerisat-Dispersionen oder -Suspensionen einrühren. Durch Zugabe der
Polyurethanmikropulver läßt sich das Eigenschaftsbild von Polymerisaten wesentlich verbessern.
Polyurethanpulver lassen sich weiterhin als hochwertiger Füllstoff für Epoxid- und Polyesterharz einsetzen,
wodurch sich die Flexibilität und Elastizität verbessern läßt. Sie eignen sich weiterhin als Lösungsmittelfeste
Bindemittel für Faservliese, wobei die Fasern natürlichen (Baumwolle, Wolle) oder synthetischen Ursprungs
(Rayon, Polyamid, Polyacrylnitril, Polyester) sein können. Auch anorganische Fasern (Glas, Asbest) können
gebunden werden.
Weitere Anwendungen ergeben sich als Kleber, als Beimischungen zu Farben und Lacken zur Verbesserung
des Abriebs sowie als Schmiermittelzusatz. Die in Dispersionen vorliegenden Polyurethane eignen sich
ferner als Emulgatoren zur Herstellung von Polymerisatdispersionen sowie z. B. von Polyurethandispersionen
aus nichtionischen Polyurethanen.
i> Sedimentierende Dispersionen bzw. Suspensionen,
Pasten und daraus hergestellte Pulver sind insbesondere
zur Herstellung mikroporöser Flächengebilde geeignet.
Gegenüber den bekannten Verfahren zur Herstellung
mikroporöser Flächengebilde ist technisch von großem
-><> Vorteil, daß die Formgebung bei der Herstellung der
Verfahrensprodukte nach technisch bereits ausgeübten Applikationsmethoden auf gebräuchlichen Maschinen
erfolgen kacn. Besonders leicht können die beschriebenen Dispersionen als 30 bis 70prozentige Pasten durch
r. Gießen oder Rakeln aufgetragen werden. Die Überführung in Pastenform gegebenenfalls mittels handelsüblicher
Verdickungsmittel, die zur Einstellung gewünschter Viskositäten zweckmäßig in Mengen von 1 bis 10%
mitverwendet werden, verringert je nach Konzentra-
JO tion die Sedimentationsgeschwindigkeit und bewirkt
weiches gleichmäßiges Fließen der Masse. Hochkonzentrierte Pasten mit einem Feststoffgehalt von 50 bis
70% sind tagelang ohne Phasentrennung haltbar.
Vorzugsweise werden die Suspensionen bzw. Pasten
Vorzugsweise werden die Suspensionen bzw. Pasten
r> dabei auf eine poröse Unterlage appliziert, die
anschließend mit dem Fertigprodukt verbunden bleibt, wie z. B. gewebte oder nichtgewebte textile Gebilde
bzw. Fasermatten, Filze oder Vliese, auch Papiervliese, Schaumstoff-Folien oder Spaltleder, die wegen ihrer
w Saugwirkung eine sofortige Verfestigung des aus den
Mikrogelteilchen bestehenden Überzuges bewirken. Anschließend wird bei erhöhter Temperatur getrocknet
und gegebenenfalls verpreßt, wobei die Mikrogelstruktur des Überzuges verfestigt wird. Die Trocknung kann
4-) aber auch auf glatten porösen oder nichtporösen
Materialien, z. B. Metall, Glas, Papier, Karton, keramischen Materialien, Stahlblech, Silikon-Kautschuk oder
Aluminiumfolie, erfolgen, wobei das fertige Flächengebilde anschließend abgehoben und als solches verwen-
iii det bzw. nach dem Umkehrverfahren durch Kleben,
Flammkaschieren, Kalandern auf ein Substrat aufgebracht wird, wobei das Substrat im allgemeinen
ebenfalls porös ist. Die Applikation nach dem Umkehrverfahren kann dabei zu einem beliebigen
v> Zeitpunkt vorgenommen werden.
Durch Mitverwendung von Vinylpolymerisaten oder aktiven bzw. inaktiven Füllstoffen kann man die
Eigenschaften der Verfahrensprodukte abwandeln. Verwendbar sind beispielsweise Polyäthylen, Polypro-
w) pylen, Polyvinylacetat, Äthylen-Vinylacetat- Copolymerisate,
die gegebenenfalls (teilweise) verseift und/oder mit Vinylchlorid gepfropft sein können, Styrol-Budadien-Copolymerisate,
Äthylen(Pfropf)-Copolymerisate,
Ruß, Kieselsäure, Asbest, Talkum, Kaolin, Titandioxid,
ti! Glas als Pulver oder in Form von Fasern und Cellulose.
Je nach gewünschtem Eigenschaftsbild und Verwendungszweck der Endprodukte können bis zu 70%,
bezogen auf Gesamttrockensubstanz, solcher Füllstoffe
im Endprodukt enthalten sein.
Die Zugabe dieser Substanzen kann zu verschiedenen Zeitpunkten während der Herstellung und in verschiedenartiger
Form vorgenommen werden. Beispielsweise lassen sich Polymerisate bereits bei der Herstellung der r>
Polyurethandispersionen mitverwenden. Sie lassen sich aber auch in Form ihrer wäßrigen Emulsionen,
Suspensionen oder als Pulver den fertigen Polyurethan-Suspensionen, Pasten oder hieraus hergestellten Pulvern
zusetzen, wobei sie als Füllstoff wirken. ι ο
Selbstverständlich können auch hierbei Farbstoffe, Pigmente, Weichmacher oder die Theologischen Eigenschaften
beeinflussende Zusätze beigefügt werden.
Die Trocknung der nach verschiedenen Applikationstechniken erhaltenen Produkte kann bei Raumtempera-
tür oder bei erhöhter Temperatur erfolgen, wobei jedoch kein Schmelzen oder Zusammenfließen des
Materials eintreten soll. Die im Einzelfall zu wählende Trocknungstemperatur, die außer von der chemischen
Zusammensetzung des Materials vor allem vom Feuchtigkeitsgehalt der Trockenzeit und der Schichtdikke
abhängt, wird leicht durch einen Vortest ermittelt. Bei gegebener Erhitzungszeit muß die Trockentemperatur
in jedem Fall unter der Verfestigungstemperatur liegen. Keinesfalls darf das Material während der
Trocknung transparent werden.
Trocknet man bei Temperaturen zwischen 10 und 40° C, so tritt im allgemeinen eine Verfestigung des
Materials nicht ein. Die erhaltenen Schichten lassen sich meist mit der Hand zerkrümeln und sind in vielen Fällen jo
sogar in Wasser wieder redispergierbar.
Die Verfestigung erfolgt durch Einwirkung erhöhter Temperatur, vorzugsweise zwischen 50 und 180° C,
wobei gleichzeitig ein Sintern der Teilchen unter mechanischer Verzahnung bzw. partieller Grenzflä- j-,
chenverschtnelzung und eine chemische Vernetzungsreaktion zwischen den Teilchen-Grenzflächen erfolgt.
Durch die eintretende Vernetzung der Randzonen wird ein weiteres zu weitgehenden Sintern bzw. völliges
Schmelzen verhindert, so daß das ganze Material von feinsten Kanälen durchzogen bleibt.
Trocknung und Verfestigung können gleichzeitig oder nacheinander vorgenommen werden. Die Verfestigungstemperatur
vorgetrockneter Schichten liegt 10 bis 3O0C höher als die feuchter Schichten. Mit abnehmen- «5
dem Wassergehalt muß die Verfestigungstemperatur erhöht werden, um vergleichbare Ergebnisse zu
erzielen. Die Zeit der Temperatureinwirkung sowie die Foliendicke und gegebenenfalls die Anwendung von
Druck, z. B. durch heiße Walzen beim Verfestigen sind weitere wichtige Faktoren, die die Mikroporosität,
Wasserdampfdurchlässigkeit und die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Verfahrensprodukte
stark beeinflussen.
Flächengebilde von 100 bis 400 μ Dicke können durch
Temperaturschock gesintert werden, wobei wenige Sekunden bei weitgehend wasserfreien Folien bis einige
Minuten bei noch etwas feuchten Flächengebilden ausreichen. Die Temperatur kann hierbei erheblich über
der sonst bei längerer Trocknungszeit notwendigen to
Verfestigungstemperatur liegen.
Die fertigen Flächengebilde sind milchig opak oder meistens völlig undurchsichtig, besitzen einen angenehmen
warmen Griff, gute Zugfestigkeit und geringen Abrieb und sind in Lösungsmitteln, häufig sogar in b5
heißem Dimethylformamid unlöslich. Die Wasserdampfdurchlässigkeit ist im Vergleich zu entsprechenden
homogenen Materialien deutlich erhöht und entspricht in den meisten Fällen Naturleder.
Unter dem Lichtmikroskop ist eine deutlich morphologische Struktur erkennbar.
Anschließend können die Flächengebilde zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit ihrer Oberfläche mit
einer Appretur (Finish) überzogen werden. Bevorzugt werden hierfür wiederum wäßrige Dispersionen oder
Lösungen verwendet.
Die Verfahrensprodukte sind vielseitig anwendbar, z. B. für luft- und wasserdampfdurchlässige Beschichtungen
jeder Art, sowie als Schall und mechanische Schwingungen absorbierendes Dämmaterial.
So lassen sich z. B. Zeltplanen, Regenmantel,Taschen.
Gürtel, Schuhe, Polstermaterialien, Autoauskleidungen und Tapeten herstellen.
Aus feinteiligen Dispersionen und Solen erhaltene sehr harte Polyurethane sind als Einbrennlacke und
teilweise sogar als lufttrocknende Lacke geeignet. Sie verbinden hohe Härte und Elastizität mit gutem
Hochglanz und — bei Verwendung mit aliphatischen Diisocyanaten — mit guter Licht-und Wellerechtheit.
Beispiel 1
Ansatz
Ansatz
500 g (0,303 Mol) Phthalsäure-Adipinsäure-Äthylenglykol-Polyester (1:1:2.3), Molekulargewicht
1650
50 g (0,420MoI) N-Methyldiäthanolamin
52 g (0,870MoI) Harnstoff
201 g (1,158MoI) Toluylendiisocyanat-Isomeren-
52 g (0,870MoI) Harnstoff
201 g (1,158MoI) Toluylendiisocyanat-Isomeren-
gemisch 65 :35
39 g (0,420 Mol) Chloracetamid
258 ml (2,5 Mol) 30prozentige wäßrige Formaldehydlösung
258 ml (2,5 Mol) 30prozentige wäßrige Formaldehydlösung
30 ml Glykolmonomethylätheracetat
1150 ml Wasser
1150 ml Wasser
Durchführung
Der Polyester, N-Methyloldiäthanolamin und Harnstoff
werden bei 60° C vorgelegt und das Toluylendiisocyanatgemisch
innerhalb 1 Minute zugegeben. Unter starker Viskositätszunahme steigt die Temperatur auf
IH0C. Nach Heizen auf 120°C steigt die Temperatur
spontan weiter auf 133°C (Harnstoffreaktion). Man gibt
das Chloracetamid zu und spült mit Glykolmonomethylätheracetat nach. Man hält noch 10 Minuten bei 1300C
läßt auf 1000C abkühlen und tropft nacheinander in 10 Minuten 150 ml H2O von 900C, in 20 Minuten den
wäßrigen Formaldehyd und in 45 Minuten 1000 ml Wasser zu, wobei eine Temperatur von 100 bis 1100C
eingehalten wird. Man erhält ein opakes, dickes Sol, das nach 20 Minuten beim Abkühlen einen dünnflüssigen
schwach gelben 41,5%igen Latex liefert. Die Teilchen sind überwiegend kugelig mit einem Durchmesser
zwischen 50 und 120 μ. Das dispergierte Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion ein Molekulargewicht
von ca. 2750, ca. 1OO nichtionische Kettenglieder und 5OmVaI N+ pro 1OO g Feststoff auf.
Ein Teil der Dispersion wird mit Weinsäure auf pH 2—3 gestellt. In Zeitabständen von mehreren Tagen
werden von der Originaldispersion (pH 5—6) und der angesäuerten Dispersion Proben von je 10 g Festsubstanz
in 25 ml Tetrahydrofuran gelöst und die Auslaufviskosität aus einer unten abgesprengten 2-ml-Pipette
in Sekunden gemessen.
Auslaufviskosität in Sekunden nach Herstellung 3 Tagen 10 Tagen
21 Tagen
45 Tagen
pH 5-6
pH 2-3
pH 2-3
0,6
0,6
0,6
0,8 1,0
Ansatz und Durchführung wie in Beispiel 1, jedoch unter Verwendung von nur 86 ml (0,85 Mol) 30prozentiger,
wäßriger Formaldehydlösung und 900 ml Wasser. Das dispergierte Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion
ein Molekulargewicht von ca. 2750, ca. 100 nichtionische Kettenglieder und 50 mVaI N + pro
100 g Feststoff auf.
Die nach Zugabe des Wassers erhaltene viskose Dispersion wird beim Abkühlen unter Rühren dünnflüssig.
Die Dispersion ist 46%ig. Die Primärteilchen sind kugelig mit einem Durchmesser zwischen 200 und 500 μ.
Sie sind zum großen Teil zu Aggregaten von je 3 bis 6 Primärteilcher. vereint.
Auslaufviskosität in Sekunden nach
Her- 7 Tagen 18 Tagen 42 Tagen
stellung
pH 5-6
pH 2-3
pH 2-3
1,2
1,3
1,3
1,2
2,3
1,6
4,2
1,7 (trüb) 39,5
1,2
2,5
Beim Auftrocknen der angesäuerten Dispersion erhält man schwachgelbe elastische ziemlich harte
Folien.
1,2 | 1,0 |
5,0 | 5,0 |
Beispiel 3 | |
Ansatz |
500 g (0,303 Mol) Phthalsäure-Adipinsäure-ÄthyllklPl
(11 2
lenglykol-Polyester (1:1 :2,3), Molekulargewicht 1650
50 g (0,420Mo!) N-Methyldiäthanoiamin
52 g (0,870MoI) Harnstoff
194,5 g (1,158MoI) 1,6-Hexandiisocyanat
19,6 g (0,21 Mol) Chloracetamid
2» 12,6 g (0,21 Mol) Essigsäure
52 g (0,870MoI) Harnstoff
194,5 g (1,158MoI) 1,6-Hexandiisocyanat
19,6 g (0,21 Mol) Chloracetamid
2» 12,6 g (0,21 Mol) Essigsäure
129 ml (1,25MoI) 30prczentige, wäßrige Formaldehydlösung
30 ml Glykolmonomethylätheracetat
1400 ml Wasser
1400 ml Wasser
Durchführung wie in Beispiel 1, wobei die Essigsäure
zusammen mit der ersten Wasserportion zugegeben wird. Das dispergierte Polyurethan weist vor der
Kettenverlängerungsreaktion ein Molekulargewicht jo von ca. 2750, ca. 100 nichtionische Kettenglieder und 50
m VaI N + pro 100 g Feststoff auf.
Es wurde ein opakes 32prozentiges Sol erhalten, dessen pH = 5 betrug.
Proben der Originaldispersion und einer mit Weinr > säure auf pH 2—3 eingestellten Dispersion wurden 24
Stunden bei Raumtemperatur bzw. eine ·Λ Stunde bei
80° C getrocknet und danach mit destilliertem Wasser belastet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle
dargestellt.
Nach 1 Stunde Wasserbelastung Nach 24 Stunden Wasserbelastung
pH 5, 24 Stunden
Raumtemperatur
Raumtemperatur
pH 2-3, 24 Stunden
Raumtemperatur
pH 5, 30 Minuten 80 C
pH 2-3, 30 Minuten 80 C
aufgelöst unverändert
weiß angelaufen unverändert aufgelöst
klar, gequollen
klar, gequollen
stark, weiß angelaufen
klar, etwas gequollen
klar, etwas gequollen
Beispiel 4 Ansatz
500 g (0303 Mol) Phthalsäure-Adipinsäure-Äthylenglykol-Polyester
(1 :1 :23), Molekulargewicht 1650
15 g (0,126MoI) Methyldiäthanolamin
26 g (0,428MoI) Harnstoff
108 g (0,643MoI) 1,6-Hexandiisocyanat 7 g (0,075MoI) Chloracetamid 3,7 g (0,061 MoI) Essigsäure
129 ml (1,25MoI) 30%ige wäßrige Formaldehyd-
108 g (0,643MoI) 1,6-Hexandiisocyanat 7 g (0,075MoI) Chloracetamid 3,7 g (0,061 MoI) Essigsäure
129 ml (1,25MoI) 30%ige wäßrige Formaldehyd-
Iösung
30 ml Glykolmonomethylätheracetat 830 ml Wasser
Durchführung wie Beispiel 3. Nach der Wasserzugabe bei 130° C erhält man einen grobteiligen dünnen Latex,
der beim Abkühlen dicker und rheopex wird. Ausbeute 1,7 kg, Feststoff 40%, pH 5—6. Das dispergierte
Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion ein Molekulargewicht von ca. 2175, ca. 100
nichtionische Kettenglieder und ca. 19mVal N+ pro
100 g Festsubstanz auf.
Die aus den auf pH 2—3 angesäuerten Dispersionen
durch Trocknung bei Raumtemperatur erhaltenen
b5 Folien sind klar, glänzend und weich und weisen gute
Wasserfestigkeit auf. Durch Nachheizen bei 120° C werden die Eigenschaften wesentlich verbessert
Beispiel 5
Ansatz
Ansatz
50Og (0,37 Mol) Phthalsäure-Äthylenglykol-Poly-
ester (Molekulargewicht 1350)
30 g (0,252MoI) N-Methyldiäthanolamin
60 g (1,00MoI) Harnstoff
188 g (1,122MoI) 1,6-Hexandiisocyanat
21 g (0,224 Mol) Chloracetamid
30 g (0,252MoI) N-Methyldiäthanolamin
60 g (1,00MoI) Harnstoff
188 g (1,122MoI) 1,6-Hexandiisocyanat
21 g (0,224 Mol) Chloracetamid
1,7 g (0,028MoI) Essigsäure '"
129ml (1,25MoI) 30%ige,wäßrige Formaldehydlösung
680 ml Wasser
20 ml Glykolmonomethylätheracetat
20 ml Glykolmonomethylätheracetat
Polyester, N-Methyldiäthanolamin und Harnstoff werden bei 85°C vorgelegt und zügig mit 1,6-Hexandiisocyanat
versetzt. Nach 2 Minuten beginnt die Reaktion. Durch Kühlung wird Temperaturanstieg über
15O0C vermieden. Zu der sehr viskosen Masse gibt man
bei 1300C festes Chloracetamid und spült mit Glykolmonomethylätheracetat
nach. Man rührt bei 1300C 30 Minuten nach und tropft zu der hochviskosen klaren
Schmelze eine Lösung von Essigsäure in 80 ml Wasser in 13 Minuten zu, wobei die Schmelze klar bleibt. 2r>
Anschließend werden bei 90°C in 20 Minuten die Formaldehydlösung und dann bei 1300C in 50 Minuten
das restliche Wasser zugetropft. Man erhält einen relativ grobdispersen, dickflüssigen Latex, dessen
Viskosität beim Abkühlen abnimmt. Er ist 52%ig und jii
hat einen pH-Wert von 5—6. Das dispergierte Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion
ein Molekulargewicht von ca. 2160, ca. 84 nichtionische Kettenglieder und 31,5 mVal N+ pro 100 g
Festsubstanz auf. r>
Streicht man den angesäuerten Latex auf Holz oder Glas so erhält man hochglänzende klare und farblose
Lackschichten. Nach einer Wärmebehandlung bei 8O0C sind diese sehr hart und wasserfest.
41)
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, jedoch unter Verwendung von nur 23,25 ml 30°/oiger, wäßriger
Formaldehydlösung. 4*·,
Der erhaltene Latex ist sehr feinteilig, dickflüssig und zeigt leichte Thixotropic. Nach Ansäuern auf pH = 3
werden beim Auftrocknen bei 8O0C weiche, etwas klebrige und thermoplastische Folien erhalten. Der
Latex eignet sich als Kleber. Das dispergierte vi
Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion ein Molekulargewicht von ca. 2750, ca 100
nichtionische Kettenglieder und 50 mVal N+ pro 100 g
Feststoff auf.
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, jedoch unter Verwendung von 41 g Thioharnstoff anstelle von
Harnstoff und 64,5 ml 30%iger, wäßriger Formaldehydlösung.
Es wurde ein dünnflüssiger, gelbgefärbter Latex bo ohne Tyndall-Effekt erhalten. Das dispergierte Polyurethan
weist vor der Kettenverlängerungsreaktion ein Molekulargewicht von ca. 2750, ca. 100 nichtionische
Kettenglieder und 50 mVal N+ pro 100 g Feststoff auf. Nach Ansäuern mit Weinsäure auf pH 2 bis 3 werden b5
beim Auftrocknen des Latex bei 8O0C schwachgelbe, transparente, weiche, etwas elastische und gering und
geringfügig klebrige Folien erhalten.
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, jedoch unter Verwendung von 40 g Methylharnstoff anstelle von
Harnstoff und 64,5 ml 30%iger wäßriger Formaldehydlösung.
Es wurde ein 38%iges opakes Sol erhalten, welches bei erhöhter Temperatur zu klaren, weichen und
elastischen Schichten auftrocknet. Vorheriges Ansäuern des Latex und Trocknen bei erhöhter Temperatur
verbessert die Wasserfestigkeit. Das dispergierte Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion
ein Molekulargewicht von ca. 2750, ca. 100 nichtionische Kettenglieder und 50 mVal N+ pro 100 g
Feststoff auf.
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, jedoch unter Verwendung von 47 g Ν,Ν'-Dimethylharnstoff anstelle
von Harnstoff und 64,5 ml 30%iger wäßriger Formaldehydlösung.
Es wurde ein 42%iges opakes Sol erhalten, welches bei 1000C zu sehr weichen Massen von hoher
Klebrigkeit auftrocknet. Das dispergierte Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion ein Molekulargewicht
von ca. 2750, ca. 100 nichlionische Kettenglieder und 50 mVal N + pro 100 g Feststoff auf.
Beispiel 10
Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, jeodoch unter Verwendung von 48 g Methylthioharnstoff anstelle von
Harnstoff und 64,5 ml 30%iger wäßriger Formaldehydlösung.
Es wurde ein 41%iges opakes Sol erhalten, das bei 1000C zu weichen thermoplastischen Schichten auftrocknet.
Das dispergierte Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion ein Molekulargewicht
von ca. 2750, ca. 100 nichtionische Kettenglieder und 50 mVaI N + pro 100 g Feststoff auf.
Beispiel 11
Ansatz
Ansatz
500 g
Phthalsäure-Adipinsäure-Athylenglykol-Polyesler, Molgew. 1650
50 g N-Methyldiäthanolamin
52 g Harnstoff
194,5 g 1,6-Hexandiisocyanat
25 g Essigsäure
50 g N-Methyldiäthanolamin
52 g Harnstoff
194,5 g 1,6-Hexandiisocyanat
25 g Essigsäure
129 ml 30%ige wäßrige Formaldehydlösung
1500 ml Wasser
1500 ml Wasser
Durchführung wie in Beispiel 3, wobei der Zusatz von Chloracetamid und Glykolmonoäthylätheracetat entfällt.
Von der erhaltenen Dispersion werden 1000 g mit 1000 ml Wasser verdünnt. Die erhaltene 20%ige
Suspension ist grobdispers und sedimentiert innerhalb von 12 Stunden, ist jedoch durch einfaches Umschütteln
jederzeit wieder redispergierbar. Durch Abgießen des überstehenden Wassers erhält man eine 60—70°/oige
konzentrierte Polyurethanpaste, die sich jederzeit wieder mit Wasser verdünnen läßt Das dispergierte
Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion ein Molekulargewicht von ca. 2000, ca. 100
nichtionische Kettenglieder und ca. 20 mVal N+ pro
100 g Festsubstanz auf. Die eingesetzte Essigsäure (0,4 MoI) reicht zwar theoretisch zur Neutralisation von 0,4
VaI N* entsprechend 50 mVal N* pro 100 g Festsubstanz,
jedoch muß wegen der hydrolytischen Spaltung davon ausgegangen werden, daß tatsächlich nur ca. 20 m
VaI N + pro 100 g Festsubstanz vorliegen.
Streicht man die auf pH 2—3 angesäuerte Paste auf eine textile Unterlage und trocknet bei 800C, so erhält
man eine matte weiche und elastische Folie von guter Wasserbeständigkeit.
Beispiel 12
1 kg (0,6 Mol) eines Adipinsäure-Hexandiol-Neopentylglykolpolyesters
mit einem Molekulargewicht von ca. 1650 werden bei 130°C 1 Stunde mit 201 g 1,6-Hexandiisocyanat
umgesetzt und anschließend bei 800C mit 107 g Dimethylaminoäthanol versetzt. Die Reaktion ist
stark exotherm. Man hält noch 30 Minuten bei 13O0C und erhält ein helles viskoses Polyurethanharz vom
Durchschnittsmolekulargewicht 2200 mit endständigen tertiären Aminogruppen.
218 g des so erhaltenen Polyurethans werden mit 20,6 g Monochloracetamid 1 Stunde bei 1200C umgesetzt,
wobei ein Polyurethanharz mit quartären Ammoniumgruppen und endständigen Carbonamidgruppen
entsteht.
Hierzu gibt man bei 1000C zuerst 30 ml Wasser, dann
80 ml 30%ige, wäßrige Formaldehydlösung und zuletzt 300 ml Wasser. Man erhält einen 42%igen Latex, der
nach Ansäuern auf pH 3 bei 1200C zu einer weichen,
elastischen Folie auftrocknet. Das dispergierte Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreaktion ca. 100
nichtionische Kettenglieder und 83 mVal N * pro 100 g
Festsubstanz auf.
Beispiel 13
Zum Aufbau des Polyurethans mit endständigen tertiären Aminogruppen wird wie in Beispiel 12
verfahren, jedoch unter Verwendung von 151 g 1,6-Hexandiisocyanat und 53 g Dimethylaminoäthanol.
Das gebildete Polyurethan hat ein durchschnittliches Molekulargewicht von 4000. Der Gehalt an nichtionischen
Kettensegmenten liegt demzufolge höher als der entsprechende Gehalt des Produkts in Beispiel 12. Der
Gehalt an N1 pro 100 g Festsubstanz liegt im
dispergierten Polyurethan bei 23,5 mVal.
200,5 g dieses Polyurethans werden mit 10,3 g Monochloracetamid 1 Stunde bei 120° C umgesetzt.
Hierzu gibt man bei 10O0C 10 ml Wasser, 40 ml 30%ige Formaldehydlösung und 530 ml Wasser. Man erhält
einen 28%igen Latex, der nach Ansäuern auf pH 3 bei 120° C zu einer weichen, elastischen Folie auftrocknet.
B« | !spiel 14 | |
Ansatz | ||
500 g | (0303 MoI) | Polyester von Beispiel 1 |
30 g | (0,252 MoI) | N-Methyldiäthanolamin |
32 g | (0334 MoI) | Hamytoff |
1343 g | (0,800 Mol) | 1,6-HexamethyIendiisocyanat |
14g | (0,150MoI) | Chloracetamid |
6g | (0,1 Mol) | Essigsäure |
112g | Weinsäure | |
64,5 ml | 30%ige wäßrige Formaldehydlösung | |
1050 ml | Wasser. | |
Durchführung wie Beispiel 3. Dem kalten Latex wird die angegebene Menge Weinsäure zugesetzt wodurch
ein pH-Wert von 2—3 eingestellt wird. Zur Vernetzung wird der angesäuerte Latex 50 Minuten zum Sieden
erhitzt. Eine nach dieser Zeit entnommene Probe ist in Tetrahydrofuran nicht mehr löslich, sondern bildet eine
gallertige Masse. Das Molekulargewicht des dispergierten Polyurethans liegt vor der Kettenverlängerungsre-
ϊ aktion bei ca. 2360. Das Polyurethan enthält ca. 100
nichtionische Kettensegmente und 35,5 mVal N * pro lOOgFeststubstanz.
Nach Abkühlen wird ein 32%iger dünnflüssiger, sehr feinteiliger Latex erhalten, der bei Raumtemperatur zu
in klebfreien mattglänzenden zugfesten Folien auftrocknet.
Beispiel 15
500 g des in Beispiel 13 verwendenten Polyesters
500 g des in Beispiel 13 verwendenten Polyesters
r, werden bei 13O0C 1 Stunde mit 71 g 1,6-Hexamethylendiisocyanat
zur Reaktion gebracht. Bei 800C werden 18 g N-Methyldiäthanolamin und 5 Minuten später
weitere 25,5 g 1,6-Hexamethylendiisocyanat und 17 g Harnstoff zugesetzt. Man rührt 25 Minuten bei 1300C,
.Ό gibt 5 g Chloracetamid in 10 ml Glykolmonomethyläther
zu und rührt weitere 15 Minuten bei 1300C nach.
Nun werden nacheinander zugegeben: 7 g Eisessig in 120 ml Wasser bei 90°C in 10 Minuten, 80 ml 30%ige
Formaldehydlösung bei 9O0C in 6 Minuten, 250 ml
2> Wasser bei 1300C in 15 Minuten und 500 ml Wasser bei
1100C in 25 Minuten. Die gebildete Dispersion wird mit
20 ml 30%iger Weinsäure auf pH 4 eingestellt, wobei Verdickung eintritt, und anschließend 1 Stunde bei
1100C nachgerührt, bis eine 10 g Probe mit 50 ml
in Tetrahydrofuran eine gallertartige Masse bildet. Es wird
ein relativ grobteiliger Latex erhalten, der im Lauf der Zeit oben Serum abscheidet und dann eine dickflüssige
gut streichfähige Paste bildet. Die Paste kann jederzeit leicht mit Wasser verdünnt werden. Das dispergierte
π Polyurethan weist ein Molekulargewicht von ca. 2000
auf. Der Gehalt an nichtionischen Kettensegmenten liegt bei ca. 100 und der Gehalt an ionischen Zentren
liegt bei 23,5 mVal N+ pro 100 g Festsubstanz. Beim Auftrocknen bei 800C wird eine weiche flexible
mechanisch sehr widerstandsfähige und wasserfeste Folie erhalten.
Beispiel 16
500 g eines Phthalsäure-Äthylenglykolpolyesters der
4". OH-Zahl 48, 25,4 g N-Methyldiäthanolamin und 26 g
Harnstoff werden bei 85°C mit 108 g 1,6-Hexamethylendiisocyanat vermischt. Durch die sofort einsetzende
Polyaddition steigt die Temperatur bis 122°C. Man steigert die Temperatur auf 1300C und gibt 20 g
-,ο Chloracetamid in 20 ml Glykolmonomethyläther zu.
Nach 30 Minuten Rühren bei 100 bis 1200C werden in 20 Minuten 130 ml 30%ige wäßrige Formaldehydlösung
zugetropft. In die viskose fast klare Masse werden in 50 Minuten 1050 ml Wasser eingerührt, wobei eine
feinteilige Dispersion gebildet wird. Diese wird mit 20 ml 30%iger Weinsäure auf pH 4 gestellt und noch 30
Minuten bei 120° C nachgerührL Eine Probe ist in
Tetrahydrofuran klar löslich.
Der 37%ige Latex eignet sich vorzüglich als
bo Einbrennlack. Er trocknet bei Raumtemperatur in
kurzer Zeit zu völlig klebfreien, griffesten hochglänzenden Überzügen, die durch Nacherhitzen bei 800C
äußerst hart, kratzfest gut haftend und gegen Wasser und organische Lösungsmittel beständig werden. Das
Molekulargewicht des dispergierten Polyurethans liegt vor der Kettenverlängerungsreaktion bei ca. 3175. Das
Polyurethan enthält über 100 nichtionische Kettensegmente
und ca. 33 mVal N + pro 100 g Festsubstanz.
Beispiel 17
50Og (0,298 Mol) eines Adipinsäure-Hexandiol-Neopentylglykolpolyesters,
50 g N-Methyldiäthanolamin und 53 g Harnstoff werden bei 700C mit 193.5 g
1,6-Hexandiisocyanat versetzt. Man heizt auf, bis zwischen 120 und 1300C exotherme Reaktion einsetzt.
Die Temperatur soll 1500C nicht überschreiten. Dann werden 20 g Monochloracetamid eingetragen und nach
30 Minuten zuerst 12,6 g Eisessig in 150 ml Wasser, dann
50 ml 30%ige wäßrige Formaldehydlösung. Man rührt 75 Minuten bei 1000C, danach ist der Geruch nach
Formaldehyd praktisch verschwunden. In die klare viskose Lösung werden innerhalb einer Stunde 1,21
Wasser eingerührt. Es entsteht ein sehr feinteiliger, opaker, dickflüssoger Latex. Dieser wird mit 20 ml
30%iger Weinsäurelösung auf einen pH-Wert von 4 eingestellt, mit 30 ml 30%iger wäßriger Formaldehydlösung
versetzt und 2 Stunden bei 1000C nachgerührt. Die erhaltene Dispersion liefert hochelastische klebfreie
und lichtechte Filme. Das dispergierte Polyurethan weist vor der Kettenverlängerungsreakton ein Molekulargewicht
von ca. 2760, einen Gehalt an nichtionischen Kettensegmenten von ca. 100 und ca. 50 mVal N+ pro
100 g Festsubstanz auf.
Beispiel 18
Ansatz
Ansatz
250,0 g Adipinsäure-Phthalsäure-Äthylenglykol-Polyester(OHZ64)
37,5 g propoxyliertes Addukt aus 2-Butendiol-l,4 und NaHSO3 (Molekulargewicht 437; 80%ig in
Toluol)
3,3 g Octanol
3,3 g Octanol
56,5 g Hexamethylendiisocyanat-(1,6)
2,0 g Triäthylamin
2,0 g Triäthylamin
50,4 g N-Methylol-N'-(jJ-hydroxyäthyl)-harnstoff
780,0 g entsalztes Wasser
780,0 g entsalztes Wasser
Durchführung
Der Polyester und das Addukt werden bei 1200C im
Vakuum unter Rühren 45 Minuten entwässert. Anschließend wird auf 8O0C abgekühlt und Octanol eingerührt.
Nach 10 Minuten wird das Diisocyanat zugegeben und so lange gerührt, bis ein NCO-Gehalt von 2,65%
erreicht ist (ca. 80 Minuten). Nun werden erst 2 g Triäthylamin und anschließend der substituierte Methylolharnstoff
zugegeben. Die Schmelze wird so lange bei 800C gehalten, bis keine freien Isocyanatgruppen mehr
feststellbar sind. Anschließend wird die 8O0C warme
Schmelze mit 800C wärmen Wasser dispergiert. Zwecks
Homogenisierung der so erhaltenen Dispersion wird während 20 Minuten bei 8O0C gerührt Nach Abkühlen
auf 200C wird der pH-Wert mit verdünnter Schwefelsäure
auf 7 eingestellt Man erhält eine feinteilige Dispersion eines Methylolgruppen aufweisenden Poiyurethanpolyelektrolyten
eines mittleren Molekulargewichts von ca. 1400, die im durchscheinenden Licht
einen Tyndall-Effekt aufweist Der Feststoffgehalt liegt bei 30,9 Gewichtsprozent, die Fordbecherviskosität
(4 mm Düse) liegt bei 11,9 Sekunden. Ein 03 mm dicker,
auf Glas aufgetragener Naßfilm wird während 15 Minuten auf 1600C erhitzt Nach Abkühlen auf 200C
liegt ein klarer, in Wasser nicht mehr redispergierbarer, elastischer Kunststoffilm vor.
Beispiel 19
Beispiel 18 wird wiederholt mit dem einzigen Unterschied, daß anstelle des Methylolgruppen aufwei-
■Ί senden Harnstoffderivats 71,0 g 5,5-Dimethyl-l,3-di·
methylol-hydantoin eingesetzt werden. Die erhaltene Dispersion des Polyurethanpolyelektrolyten eines
durchschnittlichen Molekulargewichts von ca. 1500 weist einen Festkörpergehalt von 32,2 Gewichtsprozent
κι und eine Fordbecherauslaufzeit (4 mm Düse) von 12
Sekunden auf. Die Nachbehandlung der Dispersion erfolgt wie in Beispiel 18 beschrieben. Auch hier wird
ein klarer, in Wasser nicht mehr redispergierbarer, elastischer Kunststoffilm erhalten.
Beispiel 20
Ansatz
Ansatz
500,0 g Adipinsäure- Phthalsäure-Äthylenglykol-Poly-
:» ester (OHZ 64)
75.0 g propoxyliertes Addukt aus 2-Butendio!-l,4 und
NaHSO3 (Molekulargewicht 437; 8O°/oig in
Toluol)
6,5 g Octanol
2i 112,9 g Hexamethylendiisocyanat-1,6
6,5 g Octanol
2i 112,9 g Hexamethylendiisocyanat-1,6
2,0 g Triäthylamin
100,0 g Äthylenglykol
170,0 g Resol aus 2 Mol p-Kresol und 3 Mol
100,0 g Äthylenglykol
170,0 g Resol aus 2 Mol p-Kresol und 3 Mol
Formaldehyd (OHZ 598)
in 1500,0 g entsalztes Wasser.
in 1500,0 g entsalztes Wasser.
Durchführung
Der Polyester und das Addukt werden im Vakuum bei
j-, 1200C unter Rühren 60 Minuten entwässert. Anschließend
wird auf 70°C abgekühlt, das Octanol 5 Minuten eingerührt und anschließend bei 700C das Diisocyanat
zugegeben. Es wird so lange bei 700C gerührt, bis ein
NCO-Gehalt von 2,8% erreicht ist (90 Minuten). Es werden sofort nacheinander das Triäthylamin, Äthylenglykol
und Resol zugegeben. Es wird schnell auf 12O0C aufgeheizt. 25 Minuten nach der Resolzugabe ist
die Schmelze NCO-frei. Die 115°C warme Schmelze wird mit 8O0C warmem Wasser dispergiert. Man erhält
!5 eine feinteilige Dispersion eines Methylolgruppen
aufweisenden Polyurethanpolyelektrolyten eines mittleren Molekulargewichts von ca. 4300, die im durchscheinenden
Licht einen Tyndall-Effekt zeigt. Die Fordbecherviskosität (4 mm Düse) beträgt bei 32,2 Gewichtsprozent
Feststoff 13 Sekunden. Der pH-Wert der Dispersion liegt bei 7.
Ein 0,3 mm dicker, auf Glas aufgetragener Naßfilm der Dispersion wird während 10 Minuten auf 180° C
erhitzt. Nach Abkühlen auf 200C liegt ein klarer, in Wasser nicht mehr redispergierbarer, elastischer Kunststoffilm
vor.
Beispiel 21
Ansatz
Ansatz
350,0 g Adipinsäure-Phthalsäure-Äthylenglykol-Polyester(OHZ64)
73.1 g propoxyliertes Addukt aus 2-Butendiol-l,4 und
Na HSO3 (MG 435; 70.6%ig in Toluol)
77,4 g Hexamethylendiisocyanat
77,4 g Hexamethylendiisocyanat
24.2 g Äthylenharnstoff
70,0 g Formaldehyd (30%ig in Wasser)
1220,0 g entsalztes Wasser
1220,0 g entsalztes Wasser
47 48
p. ,,-■ r durchscheinenden Licht einen Tyndall-Effekt aufweist
und bei einem Feststoff von 29,1% eine Fordbecheraus-
Der Polyester und das Addukt werden bei 1100C im laufzeit (4 mm Düse) von 13,2 Sekunden hat. Der
Vakuum unter Rühren 45 Minuten entwässert Anschlie- pH-Wert beträgt 5.
ßend wird auf 800C abgekühlt, das Diisocyanat
> Die Dispersion ist zur Grundierung von Ledern
zugegeben und so lange bei 80°C verrührt, bis ein geeignet Hierzu wird die Dispersion mit einer 5fachen
NCO-Wert von 2,45% erhalten wird (ca. 2 Stunden). Wassermenge verdünnt Die so erhaltene verdünnte
Dann wird der Äthylenharnstoff zugegeben. Die Dispersion wird in einer Menge von 200 g/m2 durch
Schmelze wird so lange auf 1000C aufgeheizt bis sie Spritzen auf unzugerichtetes Leder aufgetragen. Das so
NCO-frei ist Bei 900C wird der Formaldehyd — i<
> behandelte Leder durchläuft anschließend während
verdünnt mit dem Dispergierwasser — zugegeben. Es eines Zeitraumes von 3 Minuten einen auf 60 bis 700C
wird eine Stunde nachgerührt. erhitzten Trockenkanal.
Man erhält eine feinteilige Dispersion, die im
Claims (5)
1) ein durchschnittliches Molekulargewicht von weniger als 25 000,
2) hydrophobe, nichtionische Kettensegmente von mindestens 60 Kettengliedern,
3) einen Gehalt von 4 bis 120 Milliäquivalent-%
an Salzgruppen oder zur Salzbildung befähigten Gruppen, welche im Verlauf des Verfahrens in Salzgruppen überführt werden
und
4) bei 120° C eine Viskosität von weniger als '.500 Poise aufweisen und die bei 20 bis
150°C mit der 0,5- bis 4fachen Wassermenge, bezogen auf den Polyurethanpolyelektrolyten,
dispergiert sind, oder man
b) als Methylolgruppen aufweisende feste oder flüssige Polyurethanpolyelektrolyte, die durch
Einwirkung von Formaldehyd enthaltenden wäßrigen Lösungen bei Temperaturen über
500C auf von NCO-Gruppen freie Polyurethanpolyelektrolyte,
die aus Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit einem Molekulargewicht von 50 bis 20 000 und
Polyisocyanaten erhalten worden sind und die
1) ein durchschnittliches Molekulargewicht von weniger als 25 000,
2) hydrophobe, nichtionische Kettensegmente von mindestens 60 Kettengliedern,
3) einen Gehalt von 4 bis 120 Milliäquivalent-% an Salzgruppen oder zur Salzbildung
befähigte Gruppen, welche erst nach Zugabe der Formaldehyd enthaltenden wäßrigen
Lösungen in die Salzform überführt werden,
4) bei 12O0C eine Viskosität von weniger als
1500 Poise und
5) endständige, gegenüber Formaldehyd reaktionsfähige Gruppen der allgemeinen Formel
-X-NHR
aufweisen, in der
aufweisen, in der
X eine -CO-, -CS-, -SO2-. -NR-CO-,
-NR-CS-, -O-CO-. -S-CO-, -O-CS-, -O-SO2-, -CNR-, -NR-CNR-,
-CO-NR-CO- oder -CS-NR-CS-Gruppe bedeutet und
R Wasserstoff oder einen Alkylrest oder einen Alkenylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
welcher auch Teil eines heterocyclischen 5- oder 6-Rings mit 1 bis 3 Heteroatomen sein
kann, der durch -OH, -OCH1, -OC2H5.
-CCh, -COOH oder -SOiH substituiert sein
kann, oder -CN, -CO-R', -SO2-R', wobei R'
für einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkoxy- oder Carboxyalkyl-Rest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
steht, bedeutet oder Teil eines 5- bis 7gliedrigen heterocyclischen Rings mit 1 bis 3
Heteroatomen ist, bei dem sich die Gruppe - X - NH - R innerhalb des Rings befindet,
Priority Applications (15)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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