WO2007022884A1 - Polyurethane, deren herstellung und verwendung - Google Patents
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- C08G18/7678—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing condensed aromatic rings
Definitions
- the present invention relates to polyurethanes, a process for preparing the polyurethanes using 2,2'-thiodiethanol as a chain extender and their use.
- Polyurethane (PUR) cast elastomers are valuable materials and are made from polyisocyanates, polyols and chain extenders and / or crosslinkers.
- Technically important polyisocyanates are, for example, those which originate from the diphenylmethane family (MDI), toluylene-based (TDI) and those which are composed of 1,5-naphthylene diisocyanate (NDI).
- Suitable polyols are those known to those skilled mostly hydroxyl-terminated polyester or polyether polyols into consideration.
- chain extenders short-chain polyols, such as ethylene glycol odeF ⁇ , 4-butylene glycol are used as well as short-chain such as 4,4'-
- Methylenebis (2-chloroaniline) (MBOCA) or water Methylenebis (2-chloroaniline) (MBOCA) or water.
- auxiliaries and additives e.g. Catalysts, reaction retarders, oxidation, microbe and UV stabilizers and flame retardants, antistatic agents, blowing agents and fillers are used.
- Chain extender and polyisocyanate form the hard segment domains in the molecular weight build-up reaction.
- high-performance elastomers such as, for example, 1,5-NDI-based elastomers (eg Vulkollan®, product group of Bayer MaterialScience AG) or thermoplastic polyurethanes (TPU) (such as Desmopan®, product group of Bayer MaterialScience AG) or cellular elastomers, for example 1
- 1,5-NDI-based elastomers eg Vulkollan®, product group of Bayer MaterialScience AG
- TPU thermoplastic polyurethanes
- cellular elastomers for example 1
- 5-NDI based elastomers eg cellular Vulkollan®, product group of Bayer MaterialScience AG or Cellasto®, product group of Elastogran GmbH
- 4-butanediol as inexpensive and suitable crosslinker.
- 1,4-butanediol being a chain extender / crosslinker used in many cases.
- 1,4-butanediol has very high reactivity for hard PUR elastomers (such as 1,5-NDI elastomers 40-100), i. the casting times are too short, so this is this
- the object of the present invention was therefore to provide a process or a chain extender which makes it possible to achieve longer casting times in the reaction of polyurethane
- the invention relates to polyurethanes which are obtainable by reacting
- NCO prepolymers based on polyisocyanates from the group consisting of p-phenylene diisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (1, 5-NDI), 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenyl- diisocyanate (TODI), 1,4-cyclohexane diisocyanate (CHDI), 1, 6-hexamethylene diisocyanate (HDI), methyldicyclohexyl diisocyanate (H12-MDI) and the modified compounds of these isocyanates in the form of allophanates, biurets and carbodiimides, and dimers and trimers of the isocyanates
- PPDI p-phenylene diisocyanate
- TODI 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenyl- diisocyanate
- CHDI 1,4-cyclohexane diisocyanate
- HDI 1, 6-hexamethylene diis
- Another object of the invention is a process for the preparation of polyurethanes, wherein A) NCO prepolymers based on polyisocyanates from the group consisting of p-phenylene diisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (1,5-NDI), 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenyl- diisocyanate (TODI), 1, 4-cyclohexane diisocyanate (CHDI), 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), methyldicyclohexyl diisocyanate (H12-MDI) and the modified compounds of these isocyanates in the form of allophanates, biurets and carbodiimides, and dimers and trimers of isocyanates
- 2,2'-thiodiethanol can also be used mixed with other polyols.
- Suitable blending components are, for example, chain extenders from the group: 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, glycerol, 2,3-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2-methylpropanediol-1, 3, pentanediol 1, 2, pentanediol-1,3, pentanediol-1,4, pentanediol-1,5, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2-methylbutanediol-1,4,5-methylbutanediol 1, 3, 1,1,1-trimethylolethane, 3-methyl
- 1,5-pentanediol 1,1,1-trimethylolpropane, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 2-ethyl-1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1, 10-Decandiol 1,1 1-undecanediol, 1,12-dodecanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-cyclohexanediol, 1,3-cyclohexanediol and water into consideration.
- the polyols known to the expert with number average molecular weights of 600 g / mol to 20,000 g / mol and polyisocyanates having an NCO content of 3 to 51 wt .-% can be used.
- the polyols may be polyesterpolyols, polycarbonatepolyols or polyetherpolyols or mixtures thereof.
- 1,5-NDI, TODI and PPDI are used as the polyisocyanate component, more preferably 1,5-NDI.
- polyurethanes prepared according to the invention using 2,2'-thiodiethanol as chain extenders comprise cellular and massive PUR cast elastomers.
- silicone stabilizers eg polyether siloxanes, which can be obtained, for example, from the company Tego GmbH
- silicone stabilizers eg polyether siloxanes, which can be obtained, for example, from the company Tego GmbH
- surface defects eg blistering
- the comparative examples were prepared using 2,3-butanediol and the examples of the invention using 2,2'-thiodiethanol.
- the exact compositions are shown in Table 1.
- Polyol 1 Desmophen ® 2010 I (product of Bayer MaterialScience AG, polyester polyol based on ethylene glycol, butanediol and adipic acid; molecular weight 2000, functionality 2)
- Polyol 2 Desmophen ® 2000 MM (product of Bayer MaterialScience AG, polyester polyol based on ethylene glycol and adipic acid; molecular weight 2000, functionality 2)
- Crosslinker 1,1,1-trimethylolpropane (crosslinker TR, product of Rheinchemie)
- Isocyanate 1,5-NDI; Desmodur ® 15 (a product of Bayer MaterialScience AG)
- the OH number of the 2,2'-thiodiethanol used was 910 mgKOH / g, 2,3-butanediol had an OH number of 1245 mgKOH / g.
- Table 1 shows that the casting elastomers 1 to 3 according to the invention have extended casting times in comparison with the casting elastomers 4 to 6 which are not according to the invention.
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Abstract
Gegenstand der Erfindung sind Polyurethane, ein Verfahren zur Herstellung dieser Polyurethane unter Verwendung von 2,2'-Thiodiethanol als Kettenverlängerer und deren Verwendung.
Description
Polyurethane, deren Herstellung und Verwendung
Die'vorliegende Erfindung betrifft Polyurethane, ein Verfahren zur Herstellung der Polyurethane unter Verwendung von 2,2'-Thiodiethanol als Kettenverlängerer und deren Verwendung.
Polyurethan (PUR)-Gießelastomere sind wertvolle Werkstoffe und werden aus Polyisocyanaten, Polyolen und Kettenverlängerern und/oder Vernetzern hergestellt. Technisch wichtige Polyiso- cyanate sind beispielsweise solche, die der Diphenylmethanfamilie (MDI) entstammen, Toluylen- basierte (TDI) und solche, die aus 1,5-Naphthylendiisocyanat (NDI) aufgebaut sind.
Als Polyole kommen die dem Fachmann bekannten meist hydroxylgruppenterminierten Polyesteroder Polyetherpolyole in Betracht. Als Kettenverlängerer werden kurzkettige Polyole, wie z.B. Ethylenglykol odeFΪ,4-Butylenglykol ebenso eingesetzt wie kurzkettige
wie z.B. 4,4'-
Methylen-bis(2-chloranilin) (MBOCA) oder auch Wasser.
Bei der Herstellung der PUR-Gießelastomere wird zwischen dem One-Shot-Verfahren, bei dem die Reaktionskomponenten Polyisocyanat, Polyol und Kettenverlängerer gleichzeitig miteinander umgesetzt werden, und dem Prepolymerverfahren, bei dem das Polyol mit dem Polyisocyanat umge- setzt wird und erst dann die Ketten Verlängerungskomponente eingesetzt wird, unterschieden.
Selbstverständlich können bei der Herstellung der Elastomere Hilfs- und Zusatzstoffe, wie z.B. Katalysatoren, Reaktionsverzögerer, Oxidations-, Mikroben- und UV-Stabilisatoren sowie Flammschutzmittel, Antistatika, Treibmittel und Füllstoffe zum Einsatz kommen.
Kettenverlängerer und Polyisocyanat bilden bei der Molekulargewichtsaufbaureaktion die Hart- segmentdomänen aus. Für Hochleistungselastomere, wie beispielsweise 1,5-NDI basierte Elastomere (z. B. Vulkollan®, Produktgruppe der Bayer MaterialScience AG) oder thermoplastische Polyurethane (TPU) (wie beispielsweise Desmopan®, Produktgruppe der Bayer MaterialScience AG) oder zellige Elastomere, beispielsweise 1,5-NDI basierte Elastomere, (z.B. zelliges Vulkollan®, Produktgruppe der Bayer MaterialScience AG oder Cellasto®, Produktgruppe der E- lastogran GmbH) hat sich besonders 1 ,4-Butandiol als kostengünstiger und geeigneter Vernetzer erwiesen.
Bei der Herstellung von PUR-Elastomeren wird bevorzugt das Prepolymer-Verfahren eingesetzt, wobei 1,4-Butandiol einen in sehr vielen Fällen eingesetzten Kettenverlängerer/Vernetzer darstellt. Allerdings weist 1,4-Butandiol eine sehr hohe bzw. zu hohe Reaktivität für harte PUR-Elastomere (wie z.B. 1,5-NDI-Elastomere 40-100) auf, d.h. die Gießzeiten sind zu kurz, so dass das diese
PUR-Typen zu schnell aushärten und daher kaum verarbeitbar sind. Die Zahl hinter dem 1,5-NDI- Elastomer bedeutet die Menge an 1,5-NDI auf 100 Gew.-Teile Polyol. Es wurde daher 2,3-Butarr^
diol als Vernetzer für harte Elastomertypen eingesetzt, welcher infolge seiner chemischen Struktur längere Gießzeiten im Vergleich zu 1,4-Butandiol ermöglicht. Nachteilig an 2,3-Butandiol ist allerdings dessen begrenzte Verfügbarkeit und dessen hoher Preis.
Für weichere PUR-Elastomere (wie z.B. 1,5-NDI-Elastomere 18-30), die längere Gießzeiten erfor- dem, als es mit 1,4-Butandiol möglich ist, z.B. bei der Herstellung komplizierter Formteile, kann in der technischen Praxis auch mit Säure versetztes 1,4-Butandiol eingesetzt werden. Nachteilig ist hier jedoch die hohe Korrosivität derartig hergestellter PUR. Darüber hinaus wird die Hydrolysebeständigkeit, insbesondere von polyesterbasierten Typen, negativ beeinflusst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren bzw. ein Kettenverlängerungs- mittel zur Verfügung zu stellen, das es gestattet, längere Gießzeiten bei der Umsetzung von PUR-
NCO-Prepolymeren jnit. Vernetzern zu erzielen, wobei die mechanischeή~Eigenschaften der so hergestellten PUR-Elastomere nicht schlechter sein sollten als die von vergleichbaren Elastomeren des Standes der Technik.
Überraschend wurde gefunden, dass bei Verwendung von 2,2'-Thiodiethanol als Kettenverlängerer PUR-Elastomere mit guten mechanischen Eigenschaften hergestellt und dass die Gießzeiten verlängert werden können, so dass es nun möglich ist, auch komplizierte Formteile aus harten PUR- Elastomeren herzustellen.
Gegenstand der Erfindung sind Polyurethane, die erhältlich sind durch Umsetzung von
a) NCO-Prepolymeren auf Basis von Polyisocyanaten aus der Gruppe bestehend aus p-Pheny- lendiisocyanat (PPDI), 1,5-Naphthalindiisocyanat (1 ,5-NDI), 3,3'-Dimethyl-4,4'-biphenyl- diisocyanat (TODI), 1,4-Cyclohexandiisocyanat (CHDI), 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI), Methyldicyclohexyldiisocyanat (H12-MDI) sowie die modifizierten Verbindungen dieser Isocyanate in Form von Allophanaten, Biureten und Carbodiimiden, sowie Dimere und Trimere der Isocyanate
mit
b) 2,2'-Thiodiethanol als Kettenverlängerer
c) gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren, Treibmitteln und Zusatz- und Hilfsmitteln.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen, wobei
A) NCO-Prepolymere auf Basis von Polyisocyanaten aus der Gruppe bestehend aus p-Pheny- lendiisocyanat (PPDI), 1,5-Naphthalindiisocyanat (1,5-NDI), 3,3'-Dimethyl-4,4'-biphenyl- diisocyanat (TODI), 1 ,4-Cyclohexandiisocyanat (CHDI), 1,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI), Methyldicyclohexyldiisocyanat (H12-MDI) sowie die modifizierten Verbindungen dieser Isocyanate in Form von Allophanaten, Biureten und Carbodiimiden, sowie Dimere und Trimere der Isocyanate
mit
B) 2,2'-Thiodiethanol als Kettenverlängerer
C) gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren, Treibmitteln und Zusatz- und Hilfsmitteln
umgesetzt werden.
Selbstverständlich kann 2,2'-Thiodiethanol auch mit anderen Polyolen abgemischt eingesetzt werden. Als Abmischkomponenten kommen hierbei beispielsweise Kettenverlängerer aus der Gruppe: Propandiol-1,2, Propandiol-1,3, Glycerin, Butandiol-2,3, Butandiol-1,3, Butandiol-1,4, 2-Metnyl- propandiol-1,3, Pentandiol- 1 ,2, Pentandiol-1,3, Pentandiol-1,4, Pentandiol-1,5, 2,2-Dimethyl- propandiol-1,3, 2-Methylbutandiol-l,4, 2-Methylbutandiol-l,3, 1,1,1-Trimethylolethan, 3-Methyl-
1,5-Pentandiol, 1,1,1-Trimethylolpropan, 1 ,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 2-Ethyl-l ,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol 1,1 1-Undecandiol, 1,12-Dodecandiol, Diethy- lenglykol, Triethylenglykol, 1,4-Cyclohexandiol, 1,3-Cyclohexandiol und Wasser in Betracht.
Als Aufbaukpomponenten für die eingesetzten Prepolymere können die dem Fachmann bekannten Polyole mit zahlenmittleren Molekulargewichten von 600 g/mol bis 20000 g/mol und Polyisocya- nate mit einem NCO-Gehalt von 3 bis 51 Gew.-% verwendet werden.
Die Polyole können Polyesterpolyole, Polycarbonatpolyole oder Polyetherpolyole oder Gemische daraus sem.
Bevorzugt werden 1,5-NDI, TODI und PPDI als Polyisocyanatkomponente verwendet, besonders bevorzugt 1,5-NDI.
Die erfindungs gemäß hergestellten Polyurethane unter Verwendung von 2,2'-Thiodiethanol als Kettenverlängerer umfassen zellige und massive PUR-Gießelastomere.
Durch die Zugabe von Silikonstabilisatoren (z.B. Polyethersiloxane, die z.B. von der Firma Te- go GmbH bezogen werden können) in Mengen bis zu 10 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu
2 Gew.-%, bezogen auf Polyurethan, können eventuell auftretende Oberflächenstörungen (z.B. Blasenbildung) verhindert werden.
Die aus der Polyurethanchemie bekannten Katalysatoren, Treibmittel und Hilfs- und Zusatzmittel können auch hier eingesetzt werden (siehe u.a. Kunststoffhandbuch, Polyurethan, Band 7; insbe- sondere Kapitel 3.4).
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.
Beispiele
Die Vergleichsbeispiele wurden unter Verwendung von 2,3-Butandiol und die erfindungsgemäßen Beispiele unter Verwendung von 2,2'-Thiodiethanol hergestellt. Die genauen Zusammensetzungen sind der Tabelle 1 zu entnehmen.
Tabelle 1 Rezepturen und Eigenschaften der Polyurethane
* Vergleich
Polyol 1 : Desmophen® 2010 I (Produkt der Bayer MaterialScience AG, Polyesterpolyol auf Basis Ethylenglykol, Butandiol und Adipinsäure; Molekulargewicht 2000, Funktionalität 2)
Polyol 2: Desmophen® 2000 MM (Produkt der Bayer MaterialScience AG, Polyesterpolyol auf Basis Ethylenglykol und Adipinsäure; Molekulargewicht 2000, Funktionalität 2)
Vemetzer: 1,1,1 -Trimethy lolpropan (Vernetzer TR, Produkt der Fa. Rheinchemie)
Isocyanat: 1,5-NDI; Desmodur® 15 (Produkt der Bayer MaterialScience AG)
DVR: Druckverformungsrest
Die OH-Zahl des verwendeten 2,2'-Thiodiethanols lag bei 910 mgKOH/g, 2,3-Butandiol wies eine OH-Zahl von 1245 mgKOH/g auf.
Tabelle 1 zeigt, dass die erfindungsgemäßen Gießelastomeren 1 bis 3 im Vergleich zu den nicht erfindungsgemäßen Gießelastomeren 4 bis 6 verlängerte Gießzeiten aufweisen.
Claims
1. Polyurethane erhältlich durch Umsetzung von
a) NCO-Prepolymeren auf Basis von Polyisocyanaten aus der Gruppe bestehend aus p-Phenylendiisocyanat (PPDI), 1,5-Naphthalindiisocyanat (1,5-NDI), 3,3'- Dimethyl-4,4'-biphenyldiisocyanat (TODI), 1,4-Cyclohexandiisocyanat (CHDI),
1 ,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI), Methyldicyclohexyldiisocyanat (H12-MDI) sowie die modifizierten Verbindungen dieser Isocyanate in Form von AlIo- phanaten, Biureten und Carbodiimiden, sowie Dimere und Trimere der Isocyanate
mit
b) 2,2'-Thiodiethanol als Kettenverlängerer
c) gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren, Treibmitteln und Zusatz- und Hilfsmitteln.
2. Polyurethane gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyisocyanat 1,5- Naphthalindiisocyanat eingesetzt wird.
3. Polyurethane gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die NCO-Prepolymere unter Verwendung von Polyolen mit zahlenmittleren Molekulargewichten von 600 g/mol bis 20.000 g/mol erhältlich sind.
4. Polyurethane gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Polyole, Polyesterpolyole, Polycarbonatpolyole oder Polyether oder Gemische daraus sind.
5. Polyurethane gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum 2,2'-Thio- diethanol mindestens ein Kettenverlängerer aus der Gruppe bestehend aus Propandiol-1 ,2, Propandiol-1,3, Glycerin, Butandiol-2,3, Butandiol-1,3, Butandiol-1,4, 2-Methylpropan- diol-1,3, Pentandiol-1,2, Pentandiol-1,3, Pentandiol-1,4, Pentandiol-1,5, 2,2-Dimethyl- propandiol-1,3, 2-Methylbutandiol-l,4, 2-Methylbutandiol-l,3, 1,1,1-Trimethylolethan, 3- Methyl- 1,5-Pentandiol, 1,1,1-Trimethylolpropan, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 2-Ethyl-
1 ,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, 1 ,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol 1,11-Undecandiol, 1,12- Dodecandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,4-Cyclohexandiol, 1,3-Cyclohexandiol und Wasser eingesetzt wird.
6. Polyurethane gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsmittel Silikonstabilisatoren in Mengen von > 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Menge an Polyurethan, eingesetzt werden.
7. Polyurethane gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Silikonstabilisator Po- lyethersiloxane eingesetzt werden.
8. Verfahren zur Herstellung von Polyurethanen gemäß Anspruch 1, wobei
A) NCO-Prepolymere auf Basis von Polyisocyanaten aus der Gruppe bestehend aus p-Phenylendiisocyanat (PPDI), 1,5-Naphthalindiisocyanat (1,5-NDI), 3,3'- Dimethyl-4,4'-biphenyldiisocyanat (TODI), 1,4-Cyclohexandiisocyanat (CHDI), l,<tHexamethylendiisocyanat (HDI), Methyldicyclohexyldüsocyanat (H12-MDI) sowie die modifizierten Verbindungen dieser Isocyanate in Form von AlIo- phanaten, Biureten und Carbodiimiden, sowie Dimere und Trimere der Isocyanate
mit
B) 2,2'-Thiodiethanol als Kettenver längerer
C) gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren, Treibmitteln und Zusatz- und
Hilfsmitteln
umgesetzt werden.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyisocyanat 1,5- Naphthalindiisocyanat eingesetzt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die NCO-Prepolymere unter
Verwendung von Polyolen mit zahlenmittleren Molekulargewichten von 600 g/mol bis 20.000 g/mol hergestellt werden.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Polyole, Polyesterpolyole, Polycarbonatpolyole oder Polyether oder Gemische daraus sind.-
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum 2,2'-
Thiodiethanol mindestens ein Kettenverlängerer aus der Gruppe bestehend aus Propandiol- 1,2, Propandiol-1,3, Glycerin, Butandiol-2,3, Butandiol-1,3, Butandiol-1,4, 2-Methyl- propandiol-1,3, Pentandiol-1,2, Pentandiol-1,3, Pentandiol-1,4, Pentandiol-1,5, 2,2- Dimethyl-propandiol-1 ,3, 2-Methy!butandiol-l ,4, 2-Methylbutandiol-l ,3, 1 ,1 ,1 -Trimethy- lolethan, 3-Methyl-l ,5-Pentandiol, 1,1,1-Trimethylolpropan, 1 ,6-Hexandiol, 1,7-Heptan- diol, 2-Ethyl-l,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol 1 , 11 -Undecan- diol, 1,12-Dodecandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,4-Cyclohexandiol, 1 ,3- Cyclohexandiol und Wasser eingesetzt wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 8 unter Zusatz von Silikonstabilisatoren in Mengen von >0 bis
10 Gew.-%, bezogen auf das Polyurethan, bevorzugt in Mengen von >0 bis 2 Gew.-%.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Silikonstabilisator PoIy- ethersiloxane eingesetzt werden.
15. Verwendung der Polyurethane gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Gieß- elastomereήc
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