DE2443971A1 - Polyurethan-massen - Google Patents

Polyurethan-massen

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DE2443971A1 DE19742443971 DE2443971A DE2443971A1 DE 2443971 A1 DE2443971 A1 DE 2443971A1 DE 19742443971 DE19742443971 DE 19742443971 DE 2443971 A DE2443971 A DE 2443971A DE 2443971 A1 DE2443971 A1 DE 2443971A1
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30Low-molecular-weight compounds
    • C08G18/38Low-molecular-weight compounds having heteroatoms other than oxygen
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    • C08G18/3823Low-molecular-weight compounds having heteroatoms other than oxygen having nitrogen containing -N-C=O groups
    • C08G18/3831Low-molecular-weight compounds having heteroatoms other than oxygen having nitrogen containing -N-C=O groups containing urethane groups

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Description

  • Polyurethan-Massen Die Erfindung betrifft Polyurethan-Massen, insbesondere Elastomere und nichtstarre Schäume.
  • Polyurethan-Materialien finden in der Technik erfahrungsgemäß eine fantastische Aufnahme zur Verwendung für standig weiterreichende Zwecke. Polyurethan-Massen sind besonders begehrt, seitdem sie in ihren Eigenschaften variiert werden können von festen elastoseren katerialien bis zu zellulären oder zellartigen Materialien, sowohl flexiblen als auch starren. Die Eigenschaften der so hergestellten Massen können auch von weich bis hart variiert werden durch Änderung der Komponenten der zur Bildung der Polyurethan-Masse verwendeten Gemische. Nie allgemein bekannt ist, werden Polyurethan-Massen durch Umsetzung eines organischen Polyisocyanats mit Verbindungen hergestellt welche mehrere ein oder mehrere labile Wasserstoffatome aufweisende Gruppen enthalten, wie Awingruppen, Bydroxylgruppens Carboxylgruppen und ähnliche, insbesondere jedoch Hydroxylgruppen. Die Umsetzung wird gewöhnlich in Gegenwart eines Kataiysators und anderer zur Variierung der Eigenschaften des Endproduktes verwendeter Bestandteile durchgeführt. Wenn ein Schaum gewünscht wird, werden dem Reaktionsgemisch Treibmittel wie Wasser oder flüchtige organische Verbindungen, wie Fluor-Kohlenstoffe, einverleibt.
  • Bei vielen speziellen Anwendungen für Polyursthan-Materialien werden feste elastomere Produkte hergestellt, welche als Überzüge, Dichtungen, Isoliergrund, Kalfaterung, erneuerte Flächen und ähnliche dienen. Die Eigenschaften dieser Materialien werden in Anpassung an den speziellen Verwendungszweck, für welchen sie vorgesehen sind, variiert; in einigen Fällen wird eine Oberflache gefordert, die hart und auch abnutzungsfest ist; in anderen Fallen wird ein weiches, leicht zusammenzudrückendes Material gefordert.
  • Polyurethan-Schäume haben ebenfalls zahlreiche Anwendungen gefunden, insbesondere für flexible und halbflexible Schäume wie für Polsterungen, für Sofas, Matratzen, Stühle und ähnliche, die aus eine einfachen Plattenmaterial in Form eines flexiblen Schauma oder aus komplizierter geformten Teilen sowohl für den Benutzer als auch für dekorative Zwecke hergestellt werden.
  • In neuerer Zeit sind polyurethan-Schäume für Zwecke der Stoßdämpfung in Betracht gezogen und angewendet worden, wo verhältnismäßig starke Kräfte auftreten. Seit mehreren Jahren sind Sturzpolster in Automobilen aus einem überzogenen Polyurethan-Material hergestellt worden und in neuester Zeit aus einem Material, welches als integraler Hautschaum bekannt geworden ibt. Diese integralen Hautschäume (i.Orig. integral skin foams) erfordern eine zähe, gegenüber Reißen und Abnutzung widerstandsfähige Oberfläche. Bei dem integralen Hautmaterial ist es vorteilhaft, wenn ei allgemein durch Eingießen der Reaktanten in eine Gußform ausgeformt wird, welche geschlossen ist und nachfolgend mit dem Reaktionsprodukt gefüllt wird, dieses mit einem zähen Außenfilm oder einer Außenhaut zu versehen, um den Hauptkörper des Schaut zu schätzen und dem Teil ein attraktives Assehen zu geben. In jüngster Zeit sind Polyurethan-Materialien hoher Dichte als Teile für Automobile verwendet worden, welche zur Aufnahme eines Schlags oder Zusammenstoßes ausgestaltet sind, wie als Folge eines Unfalls, sowie zur Herstellung stoßdämpfendes Stoßstangen für Automobile, Lastkraftwagen und ähnlicher. Natürlich muß das Material bei letzterer Anwendung nicht nur praktisch abnutzuxigsfest und reißfest sein, sondern muß auch ein hohes Stoßdämpfungsvermögen aufweisen. Da Fahrzeuge, auf welchen das Material eingesetst werden kann, in weiten Bereichen geographischer Lokalisierung unter vielfach extremen Umgebungsbedingungen an Wärme und Kälte benutzt werden, muß das Material bei niedrigen Temperaturen auch seine Flexibilität behalten ohne Beschädigung oder Bruch.
  • Der Gegenstand dieser Erfindung betrifft eine Polyurethan-Masse, welche viele der in Elastomeren und vielen Schaumtypen notwendigen und erwünschten Eigenschaften zeigen. Wenngleich die Erfindunginsbesondere auf Elastomere und flexible Schäume höherer Dichte gerichtet ist, besteht selbstverständlich auch eine gewisse Anwendbarkeit für die praktische Durchführung dieser erfindung im Hinblick auf starre Polyurethan-Materialien.
  • Im allgemeinen ist es jedoch zutreffend festzustellen, daß sich die Erfindung auf nichtstarre Schäume, d.h. Polyurethan-Schäume , bezieht, welche nach Deformierung ihre ursprüngliche Gestalt wieder einnehmen. Ein starrer Schaum, welcher deformiert wird, erholt sich nicht bzw. kehrt nicht zu seiner ursprünglichen Gestalt zurück, sondern bleibt auf Dauer deformiert.
  • Bisher war es bei Umsetzung eines organischen Polyisocyanats mit einer aktive Wasserstoffatome enthaltenden Komponente, insbesondere mit Polyätherpolyolen, zwecks Herstellung von Polyurethan-Massen Praxis, Kettenverlängerer und Vernetzungsmittel zuzusetzen, um eine Verbesserung erwünschter Eigenschaften des Polyurethan-Materials anzustreben. Ein solches Material, welches erwiesenermaßen eine spezielle Anwendbarkeit bei der Herstellung fester Polyurethan-Elastomerer und zellulärer Polyprethan-Massen mit integralen Häuten besitzt, sind zweiwertige Monocarbamate als Kettenverlängerer, wie sie in der US - PS 3 595 814 beschrieben werden. Diese Materialien unterstützen, wenn sie der Ausgangsmasse einverleibt werden, die Herstellung zufriedenstellenderer Elastomerer und vermögen zur Verbesserung der Hauteigenschaften formgestalteter Polyurethan-Schäume beizutragen. Es besteht jedoch eine Einschränkung bezüglich der Menge dieses Materials, welche verwendet werden kann, sowie eine Beschränkung hinsichtlich der Festigkeit, welche hierdurch verliehen werden kann, und eine weitere Beschränkung, wenn es erwünscht ist, insbesondere die Härte des Polyurethans zu erhöhen.
  • Andere Materialien sind ebenfalls verwendet worden, um zu versuchen, die Festigkeit und Härte von Elastomeren und Schäumen zu verbessern. Eine Anzahl dieser Materialien enthält Methylendianilin, welches sich als zu reaktionsfähig erwiesen hat, um in brauchbaren Mengen eingesetzt zu werden. Um der Reaktivität solcher Materialien zu entgehen, wobei man einige der Vorteile aus der Verwendung eines Materials dieser Grundstruktur weiterhin beibehält, sind naaterialien wie silethylen-bis-o-chloranilin verwendet worden, wie in der FR - PS 983 926 beschrieben wird.
  • Ein anderes dem Methylen-bis-o-chloranilin ähnliches Material ist ein Material, welches im Handel unter der Bezeichnung "LD-813" als technische Qualität erhältlich ist und sowohl dihalogenierte als auch monohalogenierte Verbindungen enthält.
  • Der "LD-813"-Vernetzer ist in Kombination mit den zuvor erwähnten Monocarbamat-Kettenverlängerern verwendet worden, jedoch war das Ergebnis hinsichtlich der Erreichung der gewünschten Härte- und Festigkeitseigenschaften der hergestellten Materialien etwas enttäuschend. Die US - PS 3 523 918 enthält eine Diskussion der Versuche zur Verbesserung der Eigenschaften ausgeformter Polyurethan/-teile mit integraler Haut durch Verwendung bestimmter dieser bekannten Vernetzungs- und Kettenverlängerungsmittel der Technik. Aryldiamin-Vernetzer werden allgemein in der US - PS 3 691 265 beschrieben, welche geformte Polyurethanteile bes¢hreibt, die mit einem Vinylfilm überzogen sind.
  • Obwohl in der Technik zahlreiche Versuche zur Herstellung außergewöhnlicher Polyurethan-Elastomerer und nichtstarrer Schäume vorliegen, lag das Problem einer angemessenen Härte, gekoppelt mit Festigkeitseigenschaften und einer Tieftemperaturflexibilität, bisher außerhalb des Erreichbaren eines gewöhnlichen Fachmanns.
  • Ss besteht daher ein Bedarf an einer Polyurethan-Masse mit ausgezeichneter Tieftemperaturflexibilität neben verbesserter Härte und hohem Stoßdämpfungsvermögen. Es besteht außerdem ein Bedarf an zähen, harten Polyurethan-Elastomeren, welche eine gute Tieftemperaturflexibilität zeigen, um die Stoßdämpfungseigenschaften von nicht starren oder halbflexiblen Polyurethan-Schäumen hoher Dichte zu verbessern. Ferner besteht ein Bedarf an nichtstarren Polyurethan-Schäumen mit integraler Haut und hoher Dichte, welche gute Hauteigenschaften und eine gute Tieitemperaturflexibilität aufweisen.
  • Die Erfindung betrifft verbesserte Polyurethan-Massen, welche das Reaktionsprodukt eines organischen Polyisocyanats und einer Polyätherpolyol-Komponente darstellen. Bei Ausfiihrung der Reaktion wird das organische Polyisocyanat im allgemeinen mit der in einem Ausgangsansatz enthaltenen Polyol-Komponente, häufiger als B-Komponente bezeichnet, umgesetzt. Die verbesserten physikalischen Zigenschaften der Polyurethan-Masse sind der Verwendung eines Monocarbamat-Kettenverlängerers mit einem Polyätherpolyol in dieser Polyätherpolyol-Komponente zuzuschreiben, ;welches Monocarbamat die Formel aufweist, worin R Jeweils einzeln und unabhängig voneinander gasserstoff oder ein organischer Rest ist, der nicht mit Hydroxyl, Isocyanato- oder -NH-Gruppen reagiert, R' Wasserstoff, niederes Alkyl oder Aryl, in gleich 0 bis 2 und n gleich 1 oder 2 ist; sowie eines Polymethylenpolyphenylimins mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 2,7. Bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung muß die Polyätherpolyol-Komponente oder B-£omponente die obigen drei Bestandteile enthalten, um die verbesserten Eigenschaften der Polyurethan-Masse zu erreichen. Die Erfindung ist im besonderen auf verbesserte feste Polyure;than-Massen abgestellt, welche als Isoliergrund, Erneuerungsflächen, Fußbodenüberzüge und ähnliche brauchbar sind. Sie ist insbesondere auch auf flexible und halbstarr Polyurethan-Schäume abgestellt, die im allgemeinen eine größere Dichte als 0,16 glom3 haben und analog wahlweise mit einer Haut versehen sind, die integral zu dieser zellulären Polyurethan-Masse vorliegt. Die bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung hergestellten geschäumten Produkte sind stark stoßdämpfende Materialien mit guter Tieftemperaturflexibilität und insbesondere als stoßdämpfende Materialien für Fahrzeuge, wie Automobilstoßstangen, brauchbar. In einigen Anwendungsfällen dieser Erfindung kann ein Schaum hoher Dichte mit einem Elastomer dieser Erfindung überzogen werden unter Bildung einer stoßdämpfenden Kompos itkombination.
  • Die Polyätherpolyol-Komponente, welche die obigen drei wesentlichen Bestandteile enthält, wird gewöhnlich mit anderen wahlweisen Komponenten zusammengemischt und mit dem organischen Polyisocyanat in einem Einschußsystem unter Herstellung der verbesserten Polyurethan-Masse umgesetzt. Andere Urethan-Zusätze, die häufig in der Polyurethan-Technik Anwendung finden, können dem Grundansatz oder der B-Eomponente neben den wesentlichen Bestandteilen ebenfalls inkorporiert werden, um sie mit einem organischen Polyisocyanat unter Bildung der verbesserten Polytirethan-Masse dieser Erfindung umzusetzen.
  • Die Polyurethan-Massen dieser Erfindung mit verbesserten Härte-und Pestigkeitseigenschaften und dennoch unter Erhalt der außergewöflnlichen Tieftemperaturflexibilität werden hergestellt durch Umsetzung eines organischen Polyisocyanats mit einer Polyätherpolyol-£omponente, wobei die Polyätherpolyol-Komponente etwa 70 bis 95 Gewichtsteile eines Polyätherpolyols, gewöhnlich Diols, Triols oder Gemisches derselben, mit einem Molekulargewicht von etwa 1000 bis 7000 und vorzugsweise mit etwa 5 bis 80 % primären Hydroxylgruppen enthält. Die anderen wesentlichen Bestandteile der Polyätherpolyol-Komponente werden gestellt von etwa 3 bis 29 Gewichtsteilen eines Monocarbamat-Kettenverlängerungsmittels der Formel: worin R einzeln und unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen organischen Rest mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen ist, der nicht mit Hydroxyl-, Isocyanato- oder -NH-Gruppen reagiert, R' fasserstoff, niederes Alkyl oder Aryl bedeutet, m gleich O bis 2 und n gleich 1 oder 2 ist sowie etwa 1 bis 8 Gewichtsteilen eines Polymethylenpolyphenylamins mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 2,7. Die letzteren beiden wesentlichen Bestandteile werden in der Polyätherpolyol-Komponente kombiniert mit der Maßgabe, daß sie nicht mehr als etwa 30 Gewichtsteile der Polyätherpolyol-Komponente, bezogen auf das Polyätherpolyol selbst, ausmachen.
  • Die oben beschriebene Polyätherpolyol-Komponente, mit den drei wesentlichen Bestandteilen zur praktischen Durchführung dieser Erfindung, kann auch andere dem Fachmann auf dem Gebiet der Polyurethan-Technik allgemein bekannte Eomponenten enthalten; als solche Kombination ist sie allgemein als B-Komponente oder Grundansatz bekannt und zur Herstellung einer Polyurethan-Masse verwendbar. Es ist vorteilhaft, das organische Polyisocyanat mit der Polyätherpolyol-Komponente in Gegenwart eines der vielen bekannten Urethan-Katalysatoren umzusetzen, um die Reaktion zu beschleunigen, wie der tert. Amin-Katalysatoren oder Organometall-Katalysatoren, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein geläufig sind. Oft wird ein tert. Amin-Eatalysator in Kombination mit einem Organometall-Katalysator verwendet. Einige bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung besonders brauchbare Katalysatoren sind die Organozinn-Verbindungen wie zum Beispiel Zinnoctoat, Dibutylzinndilaurat und Organoquecksilber-Verbindungen, wie Phenylquecksilberacetat und Phenylquecksilberpropionat. Zu anderen typischen Metallsalz-Katalysatoren zählen zum Beispiel die Salze des Antimons, Eisens und 31 eis neben den vorerwähnten Zinn- und Quecksilber-Verbindungen. Zu geeigneten tert. Amin-Katalysatoren zählen N-Methylmorpholin, N-Athylmorpholin, Triäthylendiamin, Triäthylamin, Trimethylamin, Trimethylaminoäthylpiperazin, Dimethylaminoäthanol und ähnliche. Es sind lediglich routinemäßige Versuche notwendig für einen Durchschnittsfachmann, um für eine spezielle Anwendung ein zufriedenstellendes Katalysatorsystem für die praktische Durchführung dieser Erfindung herauszufinden. Normalerweise wird der Katalysator in Anteilen von etwa 0,01 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gesamtmasse, verwendet.
  • Bei einer Ausführungsform dieser Erfindung unter Herstellung eines selbständig hautbildenden zellulären Polyurethan-Produktes oder eines integralen Hautschaumes wird ein Schäumungsmittel verwendet, welches typischerweise ein inertes Schäumungsmittel ist, wie halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Gemische aus halogenierten Kohlenwasserstoffen und Wasser. Zu typischen halogenierten Kohlenwasserstoffen zählen Methylenchlorid, Monofluortrichlormethan (fluorocarbon-ll), Difluordichlormethan und ähnliche, sie sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Bei Herstellung flexibler Schäume hoher Dichte und insbesondere des zellulären bzw. zellartigen Produktes mit integraler Haut ist das Treibmittel in Mengen von 0,1 bis etwa 20 Gewichtsteilen je 100 Teile der Po lyätherpo lyol-Komponente zugegen. Halogenierte Kohlenwasserstoff-Treibmittel zur Verwendung bei Herstellung geschäumter Urethan-Massen werden allgemein in der US - PS 3 072 582 diskutiert. enn ein Polyurethan-Schaum hoher Dichte hergestellt wird, wo die Bildung einer Haut nicht wichtig ist, kann auch Wasser als Treibmittel in der Masse verwendet werden.
  • Wenn bei der praktischen Durchführung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die -Herstellung eines festen Polyurethan-Elastomerproduktes beabsichtigt ist und in einigen Fällen bei zellulären flexiblen Materialien, ist es häufig erwünscht, darin ein geeignetes Füllstoffmaterial, zum Beispiel feinverteilte Kieselsäuren, vulkanische Tone, Asbeste, Aluminosilikattone, calzinierten l'on und ähnliche, vorzulegen. Die Einverleibung dieser inerten P'üllstoffe in feste Polyurethan-Elastomermassen erhöht im allgemeinen die Härte und die Belastbarkeitseigenschaften des Elastomers. Wenn Füllstoffe üblicherweise zu diesem Zweck verwendet worden sind, zeigte sich, daß die Dehnung und andere Eigenschaften des Elastomers darunter litten. Vor dieser Erfindung hat jedoch selbst die Einverleibung von Füllstoffen in die festen Polyurethan-Elastomermassen nicht bewirkt, die gewünschte Härte voll hervorzubringen.
  • Verschiedene andere Zusätze können gewöhnlich unter Versatz des Grundansatzes verwendet werden, um unterschiedliche Eigenschaften der Polyurethan-Masse zu erhalten, wie Farbstoffe und Pigmente, welche zur Farbgebung zugegeben werden können; Antioxidantien, wie Diphenylamin, können zur Stabilisierung gegen Abbau verwendet werden.
  • Wie zuvor angegeben, werden bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung diese verschiedenen Bestandteile gewöhnlich homogen mit der Polyätherpolyol-Komponente zwecks Umsetzung mit dem organischen Polyisocyanat gemischt. Zu geeigneten organischen Polyisocyanaten zählen zum Beispiel jene Isocyanate, die üblicherweise in Verbindung mit der Herstellung von Polyurethan-Materialien genannt werden, wie die gemischten Isomeren des Toluoldiisocyanats, welche im Handel schnell verfügbar sind; jene in der US - PS 3 298 976 beschriebenen und ähnliche.
  • Besonders bevorzugt sind die Diisocyanate und Polyisocyanate, welche durch Phosgenierung des Reaktionsproduktes zwischen Anilin und Formaldehyd hergestellt werden, wie 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat und Polymethylenpolyphenylpolyisocyanate höherer Funktionalität sowie Gemische derselben. Besonders bevorzugt sind bei Herstellung der Polyurethan-Massen dieser Erfindung die Polymethylenpolyphenylisocyanate mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 3,3 und ganz besonders jene mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 2,8. Geeignete Isocyanate zur Verwendung bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung werden zum Beispiel in den US - PSen 3 362 979, 3 683 730, 3 277 139 und 2 818 433 beschrieben.
  • Bezüglich der zur Herstellung der verbesserten Polyurethan-Massen dieser Erfindung notwendigen wesentlichen Bestandteile der Polyätherpolyol-Komponente, insbesondere zur Verbesserung der erfindungsgemäß festgestellten Härte- und Pestigkeitseigenschaften von Folyurethan-Massen unter Erhalt der außergewöhnlichen Tieftemperaturflexibilität, d.h. des Polyätherpolyols, des Monocarbamats und des Amin-Vernetzers, wird auf die folgende Beschreibung verwiesen.
  • Die bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung verwendbaren Polyätherpolyole sind jene Diole und Triole und Gemische derselben mit einem Molekulargewicht von etwa 1 000 bis etwa 7 000. Die Diole sind allgemein Polyalkylenätherglykole wie Polypropylenätherglykol, Polybutylenätherglykol und ähnliche, sowie Gemische derselben. Gemischte Polyätherpolyole können ebenfalls verwendet werden, wie die Kondensationsprodukte eines Alkylenoxids mit einem mehrwertigen Alkohol mit drei Hydroxylgruppen, wie Glycerin, Trimethylolpropan, 1,2,6-Hexantriol und ähnliche. Diese Polyätherpolyole sind allgemein bekannt und können nach einem bekannten Verfahren hergestellt werden, wie zum Beispiel nach dem in EncsoloPedia of Chemical Technology, Bd. 7, S. 257 - 262, Interscience Publishers, Inc., 1951, diskutierten Verfahren.
  • Wie oben erwähnt, kann jeder geeignete mehrwertige Polyalkylenäther verwendet werden, wie zum Beispiel das Kondensationsprodukt eines Alkylenoxids mit einem mehrwertigen Alkohol. Jeder geeignete mehrwertige Alkohol kann verwendet werden, wie zum Beispiel Äthylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 1, 3-Propylenglykol, 1,4-Butylenglykol, 1,3-Butylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, 1,2,6-liexantriol und ähnliche. Jedes geeignete Alkylenoxid kann verwendet werden, wie zum Beispiel Äthylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid und ähnliche. Die bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendeten Polyätherdiole und -triole, wie oben angeführt, haben im allgemeinen ein Molekulargewicht von etwa 1 000 bis 7 000 oder eine Hydroxylzahl von etwa 140 bis 24. Wenn ein Polyäthertriol verwendet wird, ist es besonders bevorzugt, daß dieses ein Molekulargewicht von etwa 4 500 bis 6 500 oder eine Hydroxylzahl von 40 bis etwa 25 aufweist.
  • Bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung wird es bevorzugt, daß das Polyätherpolyol, insbesondere die bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung verwendeten Polyätherdiole und -triole, endständig mit primären Hydroxylgruppen abschließen, welche durch Zusetzen von Äthylenoxid als letztes bei Herstellung des Polyäthertriols verwendetes Alkylenoxid erzeugt werden, so daß das Triol etwa 5 bis 80 % primäres Hydroxyl und im speziellen Fall 20 bis etwa 60 * aufweist. Die Herstellung dieser Äthylenoxide oder Polyätherpolyole mit endständigem primärem Hydroxyl wird allgemein in der US - PS 3 336 242 diskutiert. Besonders bevorzugte hochmolekulare Polyäthertriole sind die in der US - PS 3 535 307 beschriebenen blockierten Polymere; diese Druckschrift sei hier als Referenz einbezogen.
  • Bei Herstellung der Polyätherpolyol-Komponente ist das Polyätherpolyol im allgemeinen in einer Menge von etwa 70 Gewichtsteilen bis etwa 95 Gewiohtsteilen und insbesondere bevorzugt in einer Menge von etwa 80 Gewichtsteilen bis etwa 90 Gewichtsteilen zugegen.
  • Der zweite wesentliche Bestandteil bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung ist ein Monocarbamat-Kettenverlängerungsmittel der Formel: in welcher R einzeln und unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen organischen Rest darstellt, der mit Hydroxyl-, Isocyanato- oder -NH-Gruppen nicht reagiert, R' Wasserstoff, niederes Alkyl oder Aryl, m gleich 0 bis 2 und n gleich 1 oder 2 ist, wie sie in der US - PS 3 595 814 beschrieben werden; diese Patentschrift sei hier als Referenz einbezogen. Dieses Patent beschreibt insbesondere, wie man die Monocarbamat-Kettenverlängerungsmittel herstellt, sowie seine Verwendung sowohl in Polyurethan-Elastomeren als auch zellulären bzw. zellförmigen flexiblen Polyurethan-Schäumen. In der Definition R' bedeutet niederes Alkyl solche Alkylgruppen mit 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatomen und Aryl bedeutet Phenyl, Tolyl, Naphthyl oder ähnliche.
  • Besonders bevorzugte Monocarbamat-Kettenverlängerungsmittel zur Verwendung bei der praktischen Durchführung dieser Erz in dung sind beispielsweise 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthylcarbamat, 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxypropylcarbamat, 2-Hydroxypropyl-2-hydroxypropylcarbamat und 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthoxyäthyl carbamat. Die anderen in dieser US - PS beschriebenen Monocarbamat-Kettenverlangerungsmittel sind zwar ebenfalls bei der praktischen Durchfi%hrung dieser Erfindung brauchbar, die oben erwähnten sind jedoch besonders wichtig. Das Carbamat-Kettenverlängerungsmittel wird dem Polyätherpolyol in einer Menge von etwa 3 bis etwa 29 Gewichtsteilen und insbesondere von etwa 10 bis 20 Gewichtsteilen, bezogen auf die oben erwähnten Mengen des Polyätherpolyols, einverleibt. Es war früher gefunden worden, daß diese Carbamate mit Polyätherpolyolen verhältnismäßig unverträglich sind und dazu neigen, sich beim Stehen etwas abzusetzen. Überraschenderweise wurde mit dem drit-ten hier beschriebenen Bestandteil auch das Problem der Herstellung einer stabileren Mischung in der B-Komponente gelöst.
  • Der dritte wesentliche Bestandteil und der Bestandteil, welcher - wie gefunden wurde - der erSindungsgesaßen Polvurethan-Masse die verbesserten Eigenschaften verleiht, wenn er in Kombination mit den vorerwähnten beiden anderen wesentlichen Bestandteilen verwendet wird, ist ein Polymethylenpolyphenylamin-Vernetzungsmittel mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis etwa 2,7 Dieses Polyamin-Vernetzungsmittel wird der Polyätherpolyol-somponente in einer enge von etwa 1 Gewichtsteil bis etwa 8 Gewichtsteilen und vorzugsweise von etwa 2 Gewichtsteilen bis etwa 6 Gewichtsteilen, bezogen auf die für das Polyätherpolyol angegebenen Gewichtsteile in dieser Komponente, verwendet.
  • Das Polymethylenpolyphenylamin-Vernetzungsmittel wird hergestellt durch Umsetzung von Anilin und Formaldehyd unter Verwendung allgemein bekannter Verfahren, welche Dimethylendiphenylamine und höherfunktionelle Polyamine in Gemischen erzeugen, so daß die mittlere Funktionalität zur Verwendung bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung etwa 2,2 bis 2,7 beträgt.
  • Die Herstellung dieser Materialien ist allgemein bekannt; das Produkt der Kondensation in Gegenwart eines Chlorwasserstoff-Katalysators wird zum Beispiel in der US - PS 2 683 730 und der US - PS 2 818 433 beschrieben. Ein besonders bevorzugtes Polyamin-Vernetzungsmittel wird nach dem in der US-PS 3 362 979 beschriebenen Verfahren hergestellt, wonach Anilin und Formaldehyd in solchen Anteilen umgesetzt werden, daß sich als Endprodukt ein Polyamin-Vernetzungsmittel ergibt, welches ein Gemisch des Diamins und höherfunktionellen Materials darstellt, so daß es eine mittlere Funktionalität zwischen 2,2 und 2,7 aufweist. Solche Verhältnisrelationen sind allgemein bekannt und werden in den oben erwähnten Patenten angemessen beschrieben. Nenn das Verfahren der US - PS 3 362 979 nachvollzogen wird, bietet der Diamin-Anteil des Produktes zilsätzlich den weiteren Vorteil, daß eine hohe ortho-Substitution am aromatischen Ring erfolgt, was zu verbesserter FlieBfähigieit bzw.
  • Fluidität und verbesserten Gefrier-Auitau-Eigenschaften des Amins führt. Bei Anwendung des dort beschriebenen Verfahrens kann die ortho-Substitution auf bis zu 95 Gew.-% des hergestellten Diamins erhöht werden. Wenn die Funktionalität des Amins gleich 2,2 ist, enthält das Polymethylenpolyphenylamin etwa 80 Gew.-% des Diamins und entsprechend etwa 20 Gew.-% des höherfunktionellen Materials.
  • Während bisher angenommen wurde, daß die Verwendung von methylenverbrückten Anilinen mit einer höheren Funktionalität als 2 eine Beeinträchtigung der Festigkeitseigenschaften von Polyurethan-Eassen hervorrugsil wurde nun erfindungsgemäß überraschenderweise gefunden, daß bei Verwendung der Polymethylenpolyphenylamin-Materialien mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 2,7 und vorzugsweise etwa 2,3 sich verbesserte Festigkeitseigenschaften ergeben und Schäume hergestellt werden, die überraschenderweise eine größere Stoßdämpfwiaskapazität besitzen neben der außergewöhnlichen Tieftemperaturflexibilität.
  • Bei Herstellung der Polyätherpolyol-Komponente überschreitet die Summe der Gewichtsteile des Carbamats und des Amin-Vernetzungsmittels etwa 30 Gewichtsteile nicht und gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung etwa 20 Gewichtsteile nicht, jeweils bezogen auf die relativen Mengen des Polyätherpolyols, so daß die Summe der drei wesentlichen Bestandteile mit 100 Prozent angegeben werden könnte. In der vorliegenden Benutzung geben die Gewichtsteile der drei wesentlichen Bestandteile dieVerhältnisse der Bestandteile jeweils relativ zueinander an und könnten als Gewichtsprozente der Polyätherpolyol-Komponente ausgedrückt werden. Die Gewichtsteil-Terminologie ist gebräuchlich und wird vom Fachmann verstanden.
  • Bei Umsetzung des organischen Polyisocyanats mit der Polyätherpolyol-Eomponente dieser Erfindung liegt das Verhältnis der Isocyanatgruppen im organischen Polyisocyanat zur Summe der Hydroxylgruppen und reaktiven Amingruppen in der Polyätherpolyol-Komponente, gewöhnlich als der Isocyanatindex bekannt, bei etwa 0,7 s 1 bis 1,5 t 1. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung variiert bei Herstellung der festen Polyurethan-Elastomeren der Isocyanatindex gewöhnlich von etwa 0,9 bis 1,5 und vorzugsweise von etwa 1,0 bis 1,2. Bei der Ausgestaltung dieser Erfindung, wo Polyurethan-Schaume hergestellt werden, einschließlich des zellulären Produktes mit integraler Haut, wurde der Isocyanatindex normalerweise im Bereich von etwa 0,8 bis 1,3 und vorzugsweise von etwa 0,95 bis etwa 1,2 liegen.
  • Es ist bereits angegeben worden, daß zwei Hauptausgestaltungen dieser Erfindung feste Polyurethan-Elastomermassen und flexible oder nichtstarre Polyurethanschäume, insbesondere solche mit hoher Dichte, d.h. mindestens etwa 0,16 g/cm³, und insbesondere die zellulären Massen mit integralen Häuten, betreffen. Die Dichten brauchbarer flexibler Schäume brauchen nur etwa 0,024 bis etwa 0,96 g/cm3 zu betragen. Die praktische Durchführung dieser Erfindung ist besonders anwendbar für Schäume mit höheren Dichten von etwa 0,16 bis 0,96 g/cm3, und insbesondere von etwa 0,16 bis 0,64 g/cm3.
  • In Ergänzung der hier gegebenen Ausführungen, betreffend das Verfahren zur Herstellung ausgeformter flexibler Polyurethan-Materialien, sei hier die US - PS 3 632 707 als Referenz für die allgemeine Diskussion der zur Herstellung ausgeformter flexibler Polyurethan-Schäume brauchbaren Kriterien einbezogen.
  • Die oben genannte US - PS 3 595 814 beschreibt die Verwendung des MonocarbPmst-Kettenverlangerungsmittels sowohl zur Herstellung des ausgeformten Schaumes als auch des festen Elastomers und die US - PS 3 594 352, die hier~ebenfalls ale Referenz genannt sei, beschreibt die Herstellung von Polyurethan-Elastomeren unter Verwendung höhermolekularer Polyole und der Polymethylenpolyphenylisocyanate mit Funktionalitäten größer als 2 bei der Herstellung von Elastomeren.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung kann, wie aus den anliegenden Beispielen zu ersehen ist, eine auffallend ähnliche Masse, welche die bevorzugte Menge eines Polyäthertriols mit einem Molekulargewicht von etwa 4 500 bis etwa 6 500 und 40 bis 75 * primäre Hydroxyl-Endgruppen enthält, in Kombination mit den bevorzugten Monocarbamat-Kettenverlängerungsmitteln, die in einer Menge von etwa 10 bis 20 Gewichtsteilen zugegen sind, und dem Polyamin-Vernetzungemittel mit einer Funktionalität von 2,2, das in einer Menge von etwa 2 bis 6 Gewichtsteilen vorliegt, verwendet werden, um entweder ein festes Polyurethan-Elastomer oder einen flexiblen Schaum hoher Dichte oder einen ausgeformten Schaum mit integraler Haut herzustellen, lediglich durch Einverleibung eines Treibmittels im Falle von Schäumen oder eines Füllstoffes im Falle von Elastomeren.
  • Somit ist überraschenderweise zu ersehen, daß gerade wegen der Gründe, die dafür sprechen, nicht ein Polyamin-Vernetzungsmittel mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 2,7 zu verwenden, d.h. der vermuteten Beeinträchtigung und des Abbaus von Festigkeitseigenschaften, und der bekannten hohen Reaktivität ungehinderter Amine, die Erfindung völlig überraschend zeigt, daß äußerst brauchbare Polyurethan-Massen hieraus hergestellt werden können, insbesondere hinsichtlich des hohen Stoßdämpfungsvermögens und der Tieftemperaturflexibilität, die besonders bei Anwendungen auf Motorfahrzeugen, Automobilstoßstangen und Kühlergrillanordnungen benötigt werden, gleich ob das Polyurethan-Material ein Polyurethan-Elastomer, das durch einen flexiblen Schaum hoher Dichte zur Stoßdämpfung gestützt wird, oder die Anordnung ein ausgeformter nichtstarrer Polyurethan-Schaum mit integraler Haut ist.
  • Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden weiter anhand der folgenden Beispiele erläutert, welche zum Zwecke der Erläuterung und Demonstration gegeben werden, jedoch nicht als eine Beschränkung des Rahmena dieser Erfindung auszulegen sind, da in auf dem Gebiet bewanderter Fachmann nach Lesen der vorstehenden Darstellung und Studium der folgenden Beispiele in der Lage sein wird, lediglich unter routinemäßiger Tätigkeit viele vorteilhafte Modifikationen dieser Erfindung vorzunehmen.
  • Ausführungsform für zelluläre bzw. zellartige Polyurethanmassen Beispiel I Jeder der folgenden Ansätze wurde in Form von zwei Komponenten in eine Schäumungsmaschine gegeben, welche mit einem mit 18,2 kg/Min. laufenden Admiral-Kopf ausgerüstet war, wobei alle Komponenten außer dem Isocyanat einen der Ströme (B-gomponente) bildete. Im Kessel mit der B-Komponente wurde eine langsame Bewegung vorgenommen, um das 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthylcarbamat in den anderen Bestandteilen suspendiert zu halten.
  • Die Stromtemperaturen wurden auf 240C eingestellt und die Maschine kalibriert, um einen Gesamtdurchsatz von 6,81 kg/Min. zu erhalten. Jeder Ansatz wurde in eine Aluminiumform von 30,5 x 30,5 x 2,54 cm gefüllt, welche mit einem Formablösemittel überzogen und auf ca. 46°C vorgeheizt worden war. Die Menge an Bestandteilen, die zum Erhalt der gewünschten Dichte notwendig war, wurde dann maschinell gemischt und in die Form gegeben.
  • Die erhaltenen Schäume mit integraler Haut wurden in 5 Minuten aus der Form herausgenommen und 4 bis 5 Tage unter Umgebungsbedingungen vor dem Test härten gelassen. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 1 wiedergegeben.- Tabelle 1 Polyamin-Vernetzumgsmittel in Schäumen mit integraler Haut Zusammensetzung, Gewichtsteile A B C D E F G Polyäthertriol a) 82 82 82 82 82 82 82 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthylcarbamat 18 18 16 16 14 14 12 Amin-Vernetzungsmittel, Funktionalität 2,3 - - 2 2 4 4 6 Fluorcarbon-11 b) 18 18 18 18 18 18 18 Carstan T-52N-50 ) 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Diphenylamin 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Polymethylenpolyphenylisocyanat, Funktionalität 2,2 43,7 43,7 41,7 41,7 40,7 40,7 34,7 Isocyanatindex 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 Schäumungszeit. Sek.18 18 10 10 11 11 8 Steigzeit, Sek. 47 47 35 35 31 31 21 Eigenschaften Dichte, ausgeformt, g/cm³ 0,192 0,24 0,192 0,224 0,192 0,24 0,333 25 % CLD, kp/om2 0,14 0,224 0,14. 0,21 0,203 0,392 1,49 50 % Kompressionstest, % 15 16 17 17 20 18 37 Schaum-Kerbschlagzähigkeit, kp/cmZ 3,78 3,99 4,48 5,74 4,34 5,46 7,7 Schaumdehnung, % 130 110 130 127 130 117 75 Schaumreißfestigkeit, kgem(pli) 2,77 3,34 3,11 4,04 4,04 5,30 9,46 (2,4) (2,9) (2,7) (3,5) (3,5) (4,6) (8,2) Hautdicke, mm 1,05 1,00 1,25 1,25 1,20 1,275 1,425 Haut-Kerbschlag-2 d zähigkeit, kp/cm² 91 105 77 98 84 98 100,1 Haut-Dehnung % 140 140 140 150 140 140 133 Haut-Reißfestigkeit, kg. cm d) 138,4 161,4 138,4 161,4 144,1 173 219 (pli) (120) (140) (120) (140) (125) (150) (190) Fußnoten zu Tabelle 1 )THANOL R R SF-6500 polyol, Jefferson Chemioal Company, Ino., durch Umsetzung von Propylenoxid und Äthylenoxid mit Trimethylolpropan bis zu einem Molekulargewicht von etwa 6500 hergestelltos Triol. Etwa 50 % primäres Hydroxyl, HO-Zahl = 26 b) Trichlorfluormethan c) Organozinn-Katalysator, Cinoinnati- Milicron Chemioals, Inc.
  • d) bezogen auf die Hautdicke jjie die Daten aus Tabelle 1 zeigen, ruft der Ersatz von 2-4 Gewichtsteilen des Carbamats durch den Amin-Vernetzer in der Masse' ein erhöhtes CLD, eine erhöhte Schaum-Kerbschlagzähigkeit (Schaum-Zugfestigkeit) und Schaum-Reißfestigkeit hervor. Andere physikalische Eigenschaften sind im wesentlichen gleich. Der Zusatz von nur 4 Gewichtsteilen des Amins führt zu einer annahernd 50-proz. Zunahme der 25-Prozent CLD. Der Zusatz von 6 Gewichtsteilen ruft eine solch schnelle Gelierung hervor, daß der Schaum nicht bis zu einer Dichte von weniger als etwa 0,336 g/cm3 ausgeformt werden konnte. Die Masse konnte jedoch noch gehandhabt werden auf der Maschine, wobei ein sehr viel härterer Schaum hoher Dichte mit integraler Haut erzeugt wird, der sich für Anwendungen, wie Stoßdampfungs-Stoßstangenanordnungen eignet. Dae Hautaussehen wurde gleichförmiger, wenn die Menge des Amin-Vernetzungsmittels erhöht wurde, was eine insgesamt bessere Verträglichkeit der Masse anzeigt.
  • Bei den Versuchen der Tabelle 1, bei welchen 0, 2 und 4 Gewichtsteile des Amin-Vernetzangemittels enthalten waren, wurde des weiteren ein Vergleich zwischen zwei unterschiedlichen Schaumdichten vorgenommen. Ansätze, welche 4 Gewichtateile des Vernetzungsmittels und 14 Gewichtsteile des 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthylcarbamat-Kettenverlängerungsmittels enthielten, ergaben Schäume mit einer bedeutenden Erhöhung der Härte. Zum Beispiel wurde die 25 %-CLD um fast 50 * für den Schaum mit 0,192 g/cm3 und um etwa 75 * für den Schaum mit 0,24 g/cm3 verbesser. Amin-Vernetzungsmittel enthaltende Schäume zeigten auch Verbesserungen in der Zugfestigkeit bzw. Kerbschlagsähigkeit und Reißfestigkeit.
  • Beispiel II Im folgenden Beispiel wird ein Vergleich zwischen Polyätherpolyolen mit unterschiedliohen Molekulargewichten bei unterachiedliohen Isocyanatindices vorgenommen, um zu zeigen, wie die Eigenschaften eines stoßdämpfenden Schaumkerns variiert werden können. Die Komponenten wurden zu einer das Polyisocyanat enthaltenden A-Komponente und einer die Polyätherpolyol-Komponente mit den zusätzlichen Materialien enthaltenden B-Komponente gemischt. Die Ansätze wurden mit einer Vorrichtung unter geringem Druck gemischt, die einen Admiralkopf mit 18,16 kg/Min. verwendete und deren Durchsatz auf 4,54 kg/Min. eingestellt war.
  • Es wurds ein aufrechter Getriebemischer, der sich mit 5 000 Upm drehte, verwendet und dieAnsätze wurden in eine auf 54,5°C vorgeheizte Aluminiumform von 20,32 x 20,32 x 2,54 cm gegossen, um die Bildung einer integralen Haut auf ein Minimum zu beschränken. Wenn eine optimale Hautbildung erwünscht ist, kann die Formtemperatur herabgesetzt und die Menge des Treibmittels erhöht werden bei zusätzlicher Materialbeschickung in die Form, d.h. erhöhter Packung. Eine Hautbildung könnte des weiteren bei obigem Ansatz herabgesetzt werden durch Zusatz einer kleinen Menge Wasser als reibmittel, Die Ergebnisse der ermittelten Eigenschaften sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Es ist anzumerken, daß die Materialien außergewöhnlich gute Stoßdämpfungsmaterialien sind aufgrund des hohen wertes für die 50 * CLD, selbst bei der verhältnismäßig niedrigen Kerndichte von 0,368 -0,432 g/cm3.
  • Tabelle 2 Zusammensetzung, Gewichtsteile X N O P Polyol aus beispiel I 82 82 - -Polyol, 5500 Molekulargewicht a) - - 82 82 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthylcarbamat 14 14 14 14 Amin-Vernetzungsmittel, Funktionalität 2,3 4 4 4 4 BisCdodecylthiodibutylzinn) 0,10 0,10 0,10 0,10 Fluorocarbon-11 10 10 10 10 Diphenylamin Z 0,6 0,6 0,6 0,6 Polyisocyanat, Beispiel I 40,7 44,4 42,6 46,3 Iso cyanatindex 1,15 1,25 1,15 1,25 Schäumungszeit, Sek. 12 - 11 -Steigzeit, Sek. 23 - 21 -Eigenschaften Gesamtdichte g/cm3 0,528 0,448 0,464 0,464 Kerndichte G/cm3 0,432 0,368 0,400 0,416 50 % CLD (ASTM D-575) kp/cm2 12,6 9,8 11,2 14,0 25 %Kompressionstest (ASTM D-395, Method B), % 36 48 38 47 Schaumkerbschlagzähig- 2 keit (ASTM D-1564) kp/cm 19,6 26,25 14,35 25,9 Schaum-Dehnung (ASTM-1564), % 95 123 70 95 Schaum-Reißfestigkeit (ASTM D-624, Die "C" kg.cm (pli) - (41) (26) (41) s Hautkerbschlagzähigkeit 2 (ASTZ D-412, Die "C"), kp/cm2 44,8 63,7 47,6 51,8 s Haut-Dehnung (ASTM D-412, Die "C"), % 113 120 110 103 # Haut-Reißfestigkeit (ASTM D-624, Die "C"), kg.cm 116,4 129,1 100,3 113 Shore-A-Härte (Haut über Schaum, 0/10 Sek.) 72/68 79/74 73/66 75/68 Fubnòten zu Tabelle 2: des Trimethylolpropans, primärer Hydroxylgehalt 70 % gemessen mit 0,381 cm-Probe aus Haut + Schaum Beispiel III Die folgende Masse wurde verwendet, um einen semiflexiblen Schaum herzustellen, welcher für Instrumententafel-Stoßpolster geeignet ist: Polyol 5.500 Molekulargewicht, aus Beispiel II 89 Gewichtsteile Fluorocarbon-ll 4,5 Gewichtsteile Bariumsulfat 6,9 Gewichtsteile DC-190 Siliconöl 0,10 Gewichtsteile Amin-Vernetzungsmittel aus Beispiel I 2,17 Gewichtsteile Wasser 0,81 Gewichtsteile Methyldicyclohexylamin 0,62 Gewichtsteile Dibutylzinndilaurat 0,09 Gewichtsteile und Mondur MT-40 Polyisocyanat (Mobay) 30,3 Gewichtsteile.
  • Der Schaum zeigte eine sehr gute Fließfähigkeit, gute digenschaften und offensichtlich sehr wenig Schrumpfung.
  • Nach den voranstehenden Beispielen ist bei dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung erkennbar, daß der bevorzugte Bereich des Amin-Vernetzungsmittels mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 2,7 bei etwa 2 bis 4 Gewichtsteilen der Polyätherpolyol-Komponente liegt, wobei der höhere Bereich des Zusatzes, d.h. von etwa 6 bis 8 Gewichtsteilen, ein schwierig zu handhabendes, schnell reagierendes System hervorbringt, mit Ausnahme der Materialien höherer Dichte. Nach den voranstehenden Daten können auch Variationen des Isocyanatindex und des Molekulargewichtes des Polyätherpolyols benutzt werden, um die Eigenschaften des erhaltenen Produktes weiter einzustellen.
  • Es ist offensichtlich, daß die Erfindung zur Herstellung entweder eines hautlosen oder eines zellulären Polyurethans mit integraler Haut gleichermaßen gut angewendet werden kann und die Vorteile des hohen Stoßdämpfungsvermögens beibehalten werden, wie anhand der CLD-#erte gezeigt wird, und zwar neben der Verbesserung der Festigkeitseigenschaften des mit integraler Haut versehenen Materials.
  • Ausführungsform für feste Polyurethan-Elastomermassen Beispiel IV Dieses Beispiel erläutert die praktische Durchführung der Ert findung bei Herstellung fester Polyurethan-Elastomermassen. In jeder der in Tabelle 3 angegebenen Massen wurden die Komponenten außer dem Isocyanat zu einer B-Komponente homogen zusammengemischt, wobei das organische Polyisocyanat die A-Komponente bildete. Das Material wurde gemischt und durch die in Beispiel II beschriebene Vorrichtung und in eine 22,9 x 22,9 x 0,32 cm große Aluminiumform gegossen, welche auf 49 bis 55 0C vorgeheizt war. Die Elastomerproben wurden in 4 Minuten aus der Gußform herausgelöst und bei Umgebungstemperatur 4 oder 5 Tage vor dem Testen härten gelassen. Tabelle 3 gibt die Zusammensetzung und die Ergebnisse dieser Tests wieder.
  • Tabelle 3 Zusammensetzung, Gewichtsteile Q R S T U Polyol, Gewichtsteile 82 82 82 79,6 82 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthylcarbamat 12 14 14 14 14 Polymethylenpolyphenylamin (Funktionalität 2,3) 6 4 4 4 4 Diphenylamin 0,6 0,6 0,6 - 0,6 Carstan T-52N-50-Eatalysator (Beispiel I) 0,4 0,4 0,4 -Bisdodecylthiodibutylzinn - - - 0,1 0,1 Tonfüllstoff - - - 18 Talk - - - 2 Polyisocyanat aus Beispiel I (Funktionalität 2,2) 39,7 40,7 43,9 40,7 42,6 Isocyanatindex 1,15 1,15 1,24 1,15 1,15 Gelzeit, Sek. 13 20 20 16 18 Komponententemperaturen (B/A), °C 21/21 24/24 24/24 24/24 24/24 Eigenschaften (ausgeformt 3,17 mm dick) Dichte, g/cm3 1,024 1,024 1,024 1,088 1,04 50 % GLD (ASTM D-575) kp/cm² 238 128,1 174,3 246,4 315 Kerbschlagzähigkeit (ASTM D-412, Die kp/cm 124,6 103,6 127,4 137,2 135,8 Dehnung (ASTM D-412, Die 'C"), * 190 140 130 158 175 Reißfestigkeit (ASTM D-624, Die "C") kg.cm 265,2 299,8 288,2 311,3 299,8 Shore-A-Härte (0/10 Sek.) 93/89 94/88 96/94 95/93 92/88 Shore-D-Härte (0/10 Sek.) 45/37 46/39 49/42 50/44 45/38 Nach 7 Tagen Tr8ckenwärmealterung/ 101,7°C(0/10 Sek.) 43/36 45/39 49/44 42/37 51/45 Flexibilität, 29 0C ausge- gut gut ausge- gut bis zeichnet zeichnet ausgezeichnet Kompressionstest, 25 % (ASTM D-395, Method B) ß 55 40 34 57 49 In einem weiteren Test wurden die Slastomer-Proben auf 290C abgekühlt und doppelt gebogen. Aus dieser Behandlung resultierte keine Beschädigung. In einem zusätzlichen Test auf Flexibilität.
  • der in diesem Beispiel hergestellten Proben wurden sie wiederum bei 290C doppelt gebogen und die Biegelinie mit einem Holzhammer bearbeitet mit dem Ziel, die Probe zu brechen. Die Probe aus dea Versuchen R und S brachen unter dieser schärferen Behandlung und die Probe des Versuchs U zeigte eine geringfügige Rißbildung.
  • Die Proben der Versuche Q und T blieben vollständig unbeschädigt, selbst unter dieser scharfen Behandlung.
  • Die Ergebnisse aus Tabelle 3 zeigen, daß außerordentlich feste, stark stoßdämpfende Elastomere bei der praktischen Ausführung dieser Erfindung hergestellt werden, wenn man den bevorzugten Bereich des Amin-Vernetzungsmittels anwendet. Versuch T zeigt, daß die Härte weiter verbessert werden kann durch Zusatz eines Füllstoffs zur Masse Er zeigt außerdem auch, daß die Inkorporierung des wahlweisen Abbauinhibitors erwünscht ist, in diesem Falle des Diphenylamins, da die Shore-D-Härte nach der trockenen därmealterung herabgesetzt war. Die in Tabelle 3 oben angegebenen Daten zeigen auch die Variationsmöglichkeit von Eigenschaften der elastomeren Masse durch Variieren des Isocyanatindex und des Molekulargewichtes des in der Polyätherpolyol-Komponente verwendeten Polyätherpolyols. Es ist außerdem anzumerken, daß bei Vergleich der Versuche in diesem Beispiel mit Versuchen des Beispiels II, der auf einen Schaum mit integraler Haut gerichteten Ausführungsform der Erfindung, die Elastomermasse durch den Zusatz des Fluorkohlenstoff-Treibmittels in eine Schaum-Masse überführt wird. Eine derartige Vielseitigkeit von Polyurethan-Massen ist überraschend.
  • Nach der voranstehenden Beschreibung und den Beispielen dieser Erfindung kann ein lYtirchschnittsfachmann viele Modifikationen und Variationen vornehmen, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.
  • Patentansprüche

Claims (17)

  1. Patentansprüche 1. Polyurethan-Masse, hergestellt durch Umsetzung eines organischen Polyisocyanats mit einer Polyätherpolyol-Komponente, dadurch gekennzeichnet daß die Polyätherpolyol-Komponente aufweist: (a) etwa 70 bis 95 Gewichtsteile eines Polyätherpolyols; (b) etwa 3 bis 29 Gewichtsteile eines Monocarbamats der Formel: in welcher R einzeln und unabhängig voneinander Wasserstoff oder ein organischer dest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, welcher mit Hydroxyl-, Isoeyanato- oder -NH-Gruppen nicht reagiert, R' Wasserstoff, niederes Alkyl oder Aryl, m gleich 0 bis 2 und n gleich 1 oder 2 bedeutet; und (c) etwa 1 bis 8 Gewichtsteile eines Polymethylenpolyphenylamins mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 2,7; mit der Maßgabe, daX die Gewichtsteile von (b) und (c) insgesamt in Bezug auf die Menge von (a) etwa 30 Gewichtsteile nicht überschreiten.
  2. 2. Polyurethan-Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dad das Monocarbamat 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthylcarbamat, 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxypropylcarbamat, 2-Hydroxypropyl-2-hydroxypropylcarbamat oder 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthoxyäthylcarbamat ist.
  3. 3. Polyurethan-Masee nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymethylenpolyphenylamin eine Bunktionalität von etwa 2,3 aufweist.
  4. 4. Polyurethan-Masse nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch geennzeichnet, daß die Menge der Komponente (a) etwa 80 bis 90 Gewichsteile, der Komponente (b) etwa 10 bis 20 Gewichtsteile und die Menge der Komponente (c) etwa 2 bis 6 Gewichtsteile beträgt; mit der Maßgabe, daß die Gewichtsteile von (b) und (c) zusammen in Bezug auf (a) etwa 20 Gewichtsteile nicht Aberschreiten.
  5. 5. Polyurethan-Masse nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyätherpolyol ein Polyätherdiol, Polyäthertriol oder Gemisch derselben mit einem Molekulargewicht von etwa 1 000 bis 7 000 und einem Gehalt an primärem Hydroxyl von etwa 5 bis 80 * ist.
  6. 6. Feste Polyurethan-Elastomermasse, hergestellt durch Umsetzung eines organischen Polyisocyanats mit einer Polyätherpolyol-Eomponente, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyätherpolyol-Eomponente aufweist: (a) etwa 70 bis 95 Gewichtsteile eines Polyätherpolyols; (b) etwa 3 bis 29 Gewichtsteile eines Monocarbamats der Formel: worin R einzeln und unabhangig voneinander Wasserstoff oder ein organischer dest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, welcher mit Hydroxyl-, Isocyanato- oder -NH-Gruppen nicht reagiert, ' Wasserstoff, niederes Alkyl oder Aryl, m gleich 0 bis 2'und n gleich 1 oder 2 bedeutet; und (c) etwa 1 bis 8 Gewichtsteile eines Polymethylenpolyphenylamins mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 2,7p mit der Maßgabe, daß die Gewichtsteile aus (b) und (c) zusammen in Bezug auf die Menge von (a) etwa 30 Gewichtsteile nicht überschreiten; und die Masse einen Isocyanatindex von etwa 0,9 bis 1,5 aufweist.
  7. 7. Feste Polyurethan-Elastomermasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Komponente (a) etwa 80 bis 90 Gewichtsteile, der Komponente (b) etwa 10 bis 20 Gewichtsteile und die Menge der Komponente (c) etwa 2 bis 6 Gewichtsteile beträgt; mit der Maßgabe, daß die Gewichtsteile von (b) und (c) zusammen in Bezug auf (a) etwa 20 Gewichtsteile nicht überschreiten.
  8. 8. Feste Polyurethan-Elastomermasse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyätherpolyol ein Gemisch aus Polyäthertriol und einem Polyätherglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1 000 bis 7 000 ist und dieses Polyäthertriol einen Gehalt an primärem Hydroxyl von etwa 5 bis 80 * aufweist.
  9. 9. Feste Polyurethan-lastomermasse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Polyisocyanat ein Polymethylenpolyphenylisocyanat mit einer mittleren Funktionalität von etwa 2,2 bis 3,3 ist.
  10. 10. Feste Polyurethan-Elastomermasse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthertriol ein Molekulargewicht von etwa 4500 bis 6500 und einen Gehalt an primärem Hydroxyl von 40 bis etwa 75 % und das Polymethylenpolyphenylamin eine Funktionalität von etwa 2,3 aufweist.
  11. 11. Feste Polyurethan-Elastwaermasse nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse einen Füllstoff enthält.
  12. 1z. Nichtstarre zelluläre bzw. zellartige Polyurethan-Masse, hergestellt durch Umsetzung eines organischen Polyisocyanats mit einer Polyätherpolyol-Komponente in Gegenwart eines reibmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyätherpolyol-Komponente aufweist: (a) etwa 70 bis 95 Gewichtsteile eines Polyätherpolyols; (b) etwa 3 bis 29 Gewichtsteile eines Monocarbamats der Formel: worin R einzeln und unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen organischen Rest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, welcher mitHydroxyl-, Isocyanato- oder -NH-Gruppen nicht reagiert, R' Wasserstoff, niederes Alkyl oder Aryl, m gleich 0 bis 2 und n gleich 1 oder 2 ist; und (c) etwa 1 bis 8 Gewichtsteile eines Polymethylenpolyphenylamins mit einer Funttionalität von etwa 2,2 bis 2,7; mit der Maßgabe, daß die Gewichtsteile von (b) und (c) insgesamt in Bezug auf die Menge von (a) etwa 30 Gewichtsteile nicht überschreiten.
  13. 13. Zelluläre Polyurethan-Masse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Isocyanatindex 0,8 bis etwa 1,3 beträgt und das organische Polyisocyanat ein Polymethylenpolyphenylisocyanat mit einer mittleren Funktionalität von etwa 2,2 bis 3,3 ist.
  14. 14. Polyurethan-Masse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Monocarbamat 2-Hydroxyäthyl-2-hydroxyäthylcarbamat ist.
  15. 15. B-Komponente zur Herstellung einer Polyurethan-Masse unter Umsetzung mit einem organischen Polyisocyanat, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: (a) etwa 70 bis 95 Gewichtsteile eines Polyätherpolyols; (b) etwa 3 bis 29 Gewichtsteile eines Monocarbamats der Formel: worin R einzeln und unabhängig voneinander Wasserstoff oder ein organischer Rest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, welcher mit Hydroxyl-, Isocyanato- oder -NH-Gruppen nicht reagiert, R' Wasserstoff, niederes Alkyl oder Aryl, m gleich 0 bis 2 und n gleich 1 oder 2 ist; und (c) etwa 1 bis 8 Gewichtsteile eines Polymethylenpolyphenylamins mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis 2,7; mit der Maßgabe, daß die Gewichtsteile von (b) und (c) zusammen in Bezug auf die Menge von (a) etwa 30 Gewicht steile nicht überschreiten.
  16. 16. B-Somponente nach Anspruch 15, dadurch getennzeichnet, daß sie im wesentlichen besteht aus: (a) etwa 80 bis 90 Gewichtsteilen des Polyätherpolyols; (b) etwa 10 bis 20 Gewichtsteilen des Monocarbamats; (c) etwa 2 bis 6 Gewichtsteilen des Polymethylenpolyphenylamins; (d) einem Katalysator zur Urethan-Bildung; und (e) einem Füllstoffe
  17. 17. B-Komponente nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein Treib- bzw. Blähmittel enthält.
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