DE1153518B

DE1153518B - Verfahren zur Herstellung von stabilen und harten Polyurethan-Schaumstoffen auf Polyaetherbasis

Info

Publication number: DE1153518B
Application number: DEM44081A
Authority: DE
Inventors: Earl James Robertson
Original assignee: Kuhlmann SA
Current assignee: Kuhlmann SA
Priority date: 1959-01-26
Filing date: 1960-01-25
Publication date: 1963-08-29
Also published as: NL124647C; GB942387A; LU38149A1; BE586630A; CH402403A; FR1247044A; GB973121A; NL247744A

Description

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NTERNAT.KL. C 08 g

M44081IVc/39b

ANMELDKTAG: 25. J A N U A R 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG TINDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 29. AUGUST 1963

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen auf PoIyätherbasis unter Verwendung von Lösungsmitteln als Treibmittel, insbesondere zur Herstellung von harten, stabilen, von Harnstoffbindungen freien bzw. praktisch freien Schaumstoffen.

Bekanntlich können Polyurethankunststoffe in Form von Schaumstoffen erhalten werden, wenn bei der Reaktion der Polyisocyanate mit der aktive Wasserstoffatome enthaltenden organischen Verbindung, z.B. einem Polyester, Polyesteramid oder Polyäther mit endständigen Hydroxylgruppen, ein Überschuß des Polyisocyanats zur Anwendung kommt und während des Kettenwachstums und der Vernetzung Wasser zugefügt wird.

Zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen sind unter anderem folgende Verfahren bekannt:

a) Das in zwei Stufen durchgeführte sogenannte Vorpolymerisat-Verfahren, in dem das Polyisocyanat im stöchiometrischen Überschuß zuerst mit der aktive Wasserstoffatome enthaltenden Verbindung zu einem »Vorpolymeren« reagiert, dem anschließend Wasser zugegeben wird;

b) das in den Vereinigten Staaten von Amerika als »one-shot«-Methode bezeichnete einstufige Verfahren, in dem alle Reaktionsteilnehmer zusammengemischt werden und die Mischung unmittelbar in die Form gespritzt wird. In einer Variante dieses Verfahrens, der sogenannten »Vormisch-Methode«,

Verfahren zur Herstellung von stabilen und harten Polyurethan-Schaumstoffen

auf Polyätherbasis

Anmelder:

Manufactures de Produits Chimiques du Nord Etablissements Kuhlmann, Paris

Vertreter:

Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,

Kölnl, Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 26. Januar 1959 (Nr. 788 797)

Earl James Robertson, Trenton, Mich. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Aus diesem Grunde wird in der Praxis ein Beschleuniger in das Reaktionssystem eingeführt, um die wird zuerst eine Mischung aus der aktive Wasser- 30 Polyaddition und die Vernetzung zu beschleunigen.

Bisher werden allgemein als Beschleuniger tertiäre Amine verwendet. Am häufigsten werden beispiels-: weise N-Methylmorpholin, Triäthylamin und N₃N-Diäthyläthanolamin gebraucht.

Diese Beschleuniger weisen jedoch mehrere Nachteile auf. Sie haben einen unangenehmen Geruch und fügen sich nach dem Verschäumen in vielen Fällen nicht in das Molekül des Polymeren ein. Die Anwesenheit von flüchtigen Aminen hat einen ungünsti-

stoffatome enthaltenden organischen Verbindung, Wasser und den anderen Bestandteilen hergestellt und dann die gewünschte Polyisocyanatmenge der Mischung zugegeben.

In beiden Fällen wirkt das durch die Umsetzung 35
zwischen dem überschüssigen Polyisocyanat und dem
Wasser frei werdende Kohlensäuregas als Treibmittel.
Ohne Rücksicht auf die angewendete Methode ist es
bei der Herstellung der Schaumstoffe erforderlich, daß
die Polymerisation und das Freiwerden von Kohlen- 40 gen Einfluß auf die Alterungseigenschaften des säuregas ungefähr zum gleichen Zeitpunkt aufhören. Schaumstoffes unter Wärmeeinwirkung, so daß es Wenn der Schaum geliert, bevor das gesamte CO₂ frei zweckmäßig ist, die Amine noch im freien Zustand geworden ist, kann er oberflächlich erhärten und aus dem Endprodukt zu entfernen, infolge zu starker Erhitzung und der verhältnismäßig Aus wirtschaftlichen Gründen neigt man heute dazu,

hohen Dichte des Produkts reißen. Hört dagegen die 45 Polyäther als hochmolekulare, aktive Wasserstoff-CO₂-Entwicklung vor dem Gelieren des Schaums auf, atome enthaltende Verbindungen zu verwenden. Diese kann dieser schrumpfen oder sogar zusammenfallen. Polymeren sind gewöhnlich linear, so daß es not-Dies tritt allgemein ein, wenn die Polymerisations- wendig ist, außer dem Polyisocyanat ein Vernetzungsund Vernetzungsgeschwindigkeit geringer ist als die mittel, z. B. Trimethylolpropan, zu verwenden, dessen Geschwindigkeit der Umsetzung des überschüssigen 50 Menge je nach dem gewünschten Elastizitäts- oder Polyisocyanats mit dem Wasser und demzufolge als Steifheitsgrad der Schaumstoffe unterschiedlich hoch die Geschwindigkeit der CO₂-Entwicklung. zu wählen ist.

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3 4

Es ist offensichtlich, daß in allen Verfahren, in Treibmittel hergestellten Polyurethan-Schaumstoffen

denen Wasser zur Entwicklung von CO₂ als Treib- auf Polyätherbasis. Insbesondere ist die Herstellung

mittel verwendet wird, bei der Umsetzung des Wassers wirtschaftlicher, da zum Verschäumen kein zusätz-

mit dem Polyisocyanat bzw. den freien Isocyanat- liches Polyisocyanat zur CO₂-Bildung verwendet wird,

gruppen gleichzeitig Harnstoffbindungen im Schaum- 5 Sie haben eine feinere Zellstruktur bei höherem Anteil

stoff gebildet werden. Diese Harnstoffbindungen geschlossener Zellen, bessere Alterungseigenschaften

haben eine Instabilität und Hydrolyseanfälligkeit des bei Feuchtigkeitseinwirkung, insbesondere bei hoher

Schaumstoffes bei erhöhten Temperaturen, insbeson- Temperatur, geringere Neigung zur Hydrolyse und

dere unter feuchten Bedingungen zur Folge. Man be- eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeent-

mühte sich daher, diese unerwünschten Eigenschaften, io wicklung bei der Reaktion ist geringer, so daß größere

damit die Bildung von CO₂, auszuschalten. Materialmengen behandelt werden können. Außerdem

Es wurde bereits vorgeschlagen, als Treibmittel bei zeichnen sie sich dadurch aus, daß kein flüchtiger

der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen Lö- Katalysator bzw. durch diesen bedingter Geruch vor-

sungsmittel zu verwenden, deren Siedepunkt so niedrig handen ist. Im Vergleich zu den mit Lösungsmitteln

liegt, daß sie bei der Reaktionswärme verdampfen. 15 als Treibmittel hergestellten Schaumstoffen auf PoIy-

Diese mit Lösungsmitteln als Treibmittel hergestellten esterbasis weisen die Produkte gemäß der Erfindung

Schaumstoffe wurden fast ausschließlich aus Poly- neben den vorerwähnten Vorteilen den Vorteil auf,

estern hergestellt. Jedoch enthalten ohne Rücksicht daß das Lösungsmittel jedem beliebigen Bestandteil

darauf, ob nach dem Vorpolymerisat-Verfahren, dem zugesetzt werden kann, während es bei den meisten

einstufigen Verfahren oder dem Vormisch-Verfahren 20 Systemen auf Polyesterbasis nur dem Polyisocyanat

gearbeitet oder ein Aktivator verwendet wird oder nicht, zugegeben werden darf.

die bisher verwendeten Reaktionsgemische immer eine Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man

gewisse Wassermenge, um die für die Stabilität dieser ein Gemisch aus

Schaumstoffe unerläßlichen Harnstoffbindungen zu a) einem gegebenenfalls verzweigten und gegebenen-

bilden. Aus diesem Grunde sind auch immer die bei 35 falls stickstoffhaltigen Polyäther mit 2 bis 6 Hy-

den Harnstoffbindungen aufweisenden Polyurethan- droxylgruppen und einem Molekulargewicht

Schaumstoffen bekannten Nachteile vorhanden. zwischen 270 und 1200 sowie einem Äquivalent-

Bei Verwendung von Lösungsmitteln als Treibmittel gewicht zwischen 90 und 300,

hat die Anwesenheit von Wasser weitere Nachteile. b) einem Tetra-(oxyalkyl)-alkylendiamin mit einem

Beispielsweise werden die Schaumstoffe dichter, treten 30 Molekulargewicht zwischen 220 und 400 und

bisweisen aus der Form aus und deformieren. Wasser einem Äquivalentgewicht von 55 und 100,

zerstört ferner die Zellstruktur und erhöht auf diese c) einem organischen Polyisocyanat,

Weise die Wasser- und Dampfdurchlässigkeit, so daß d) einem oberflächenaktiven Mittel und

der Lösungsmitteldampf frei wird und seine Aufgabe e) einem organischen, als Treibmittel wirkenden

als Wärmeisolator nicht mehr erfüllen kann. 35 Lösungsmittel

Die durch das Wasser bedingten Nachteile konnten bei einer über dem Siedepunkt des als Treibmittel verauch nicht durch Verwendung von Vorpolymeren wendeten Lösungsmittels liegenden Temperatur verbehoben werden, die einen hohen Gehalt (bis zu 35°/o) schäumt, wobei das Äquivalentverhältnis NCO : OH an freien NCO-Gruppen aufweisen und aus Poly- im Gesamtgemisch zwischen 0,8: 1 und 1,2: 1, von estern des Adipin-Phthalsäure-Typs mit endständigen 40 b): a) zwischen 0,75: 1 und 6,0: 1 und das mittlere Hydroxylgruppen hergestellt worden waren. Äquivalentgewicht von a) und b) vereint zwischen 80

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß bei Verwendung und 130 liegt.

eines Lösungsmittels als Treibmittel einerseits das Ver- Die Eigenschaften der Reaktionsteilnehmer und

schäumen mit nur geringer Verzögerung einsetzt, da die Mengenverhältnisse der bei der Reaktion einge-

die frei werdende Wärme zum Verdampfen der 45 setzten Stoffe sind wichtig für die Durchführung des

Lösungsmittel ausreicht, andererseits die Kühl- Verfahrens.

wirkung des verdampfenden Lösungsmittels die Gel- Als Polyäther eignen sich beispielsweise Äthylenbildungsgeschwindigkeit des sich ausdehnenden oxyd-, Propylenoxyd-, Butylenoxyd- oder andere Schaums verringert. Hierdurch wird es noch schwieri- Alkylenoxydanlagerungsprodukte an Trimethylolger, einen einwandfreien Schaumstoff auf Polyäther- so propan, Glycerin, Hexantriol, Pentaerythrit, Sorbit, basis zu erhalten, insberondese nach dem einstufigen Dimethylolphenole, Triisopropanolamin, Tetra-(2-hy-Verfahren. Die Polyäther sind für ihre ungenügende droxypropyl)-äthylendiamin oder Polypropylengly-Gelstabilität in den Anfangsphasen ihrer Reaktion kole. Die mehr als zwei OH-Gruppen aufweisenden mit den Polyisocyanaten, vor allem in Abwesenheit Polymeren sind den nur zwei OH-Gruppen enthalvon Wasser, das zu Harnstoffbindungen führt, bekannt. 55 tenden vorzuziehen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Als Reaktionsteilnehmer b) eignen sich beispiels-

Herstellung von hochwertigen, stabilen, harten, unter weise die Anlagerungsprodukte der Alkylenoxyde

Verwendung von Lösungsmitteln als Treibmittel ge- (beispielsweise Äthylen-, Propylen- und/oder Butylen-

bildeten Polyurethan-Schaumstoffen auf Polyäther- oxyd) an z. B. Äthylen-, Propylen-, Butylen-, Pentylen-

basis, die frei bzw. praktisch frei von Harnstoffbin- 60 diamine.

düngen sind. Gemäß der Erfindung werden Poly- Es können zahlreiche organische Polyisocyanate

urethan-Schaumstoffe mit ausgezeichneten Festigkeits- verwendet werden, und zwar die aromatischen, ali-

urid Stabilitätseigenschaften ohne Wasser hergestellt. phatischen und cycloaliphatischen Diisocyanate und

Erfindungsgemäß wird ohne flüchtigen Katalysator ihre Gemische. Als Beispiele für aromatische Diiso-

gearbeitet. Es ist sowohl das Vorpolymerisat- und auch 65 cyanate seien 2,4-Toluylendiisocyanat und dessen

das einstufige Verfahren anwendbar. Gemische mit 2,6-Toluylendiisocyanat (allgemein im

Die gemäß der Erfindung hergestellten Schaumstoffe Verhältnis 80: 20) und aliphatische, wie Tetramethy-

haben zahlreiche Vorteile gegenüber den mit CO₂ als len- oder Hexamethylendiisocyanat, genannt. Die

Arylendiisocyanate reagieren schneller mit den OH-Verbindungen als die Alkylendiisocyanate. Verbindungen, wie 2,4-Toluylendiisocyanat, in denen die beiden Isocyanatgruppen unterschiedliche Reaktionsfähigkeit haben, sind besonders vorteilhaft. Die Diisocyanate können noch andere Substituenten enthalten, jedoch werden nichtsubstituierte allgemein bevorzugt. Bei den aromatischen Verbindungen können die Isocyanatgruppen an den gleichen Kern oder an verschiedene Kerne gebunden sein. Es können Dimere von Diisocyanaten und Harnstoffgruppierungen aufweisende aromatische Diisocyanate verwendet werden. Geeignet sind ferner ρ,ρ'-Diphenylmethandiisocyanat, Triphenylmethantriisocyanat, 1,5-Naphthylendiisocyanat und verkappte Polyisocyanate, ζ. B. an Phenol.

Ein Netzmittel muß verwendet werden, damit der Schaum nicht zusammenfällt oder große, unregelmäßige Zellen gebildet werden. Bevorzugt verwendet werden nichtionogene Netzmittel, insbesondere solche, die hergestellt werden durch aufeinanderfolgende Anlagerung von Propylenoxyd und Äthylenoxyd an Propylenglykol und an feste oder flüssige, wasserlösliche Organopolysiloxane. Geeignet sind jedoch auch monoalkylierte Polyglykole, Alkylsulfonsäureester usw. Die Menge des Netzmittels liegt gewöhnlich zwischen 0,05 und 2 Gewichtsprozent, bezogen auf die Reaktionsmasse. Die optimale Menge liegt bei etwa 0,5 Gewichtsprozent.

Das als Treibmittel verwendete Lösungsmittel muß gegenüber den Reaktionsteilnehmern inert, jedoch in wenigstens einem von ihnen löslich oder dispergierbar und im fertigen Polyurethan-Schaumstoff unlöslich sein. Je höher die Löslichkeit in dem bzw. den Renehmer, ermöglicht die Herstellung eines Schaumstoffes mit einem Raumgewicht von etwa 64 kg/m⁸.

Zur Herstellung von harten Schaumstoffen gemäß der Erfindung müssen die Reaktionsteilnehmer folgende Voraussetzungen erfüllen:

1. Das Verhältnis der Äquivalente NCO: OH muß zwischen etwa 0,8: 1 und 1,2: 1, vorzugsweise zwischen 0,95:1 und 1,05:1 gehalten werden. Wenn das Verhältnis NCO : OH kleiner wird, ist eine Neigung zum Erweichen und Schrumpfen festzustellen. Oberhalb der vorstehend genannten Grenze werden auch die Druckfestigkeit und Stabilität schlechter und die Zellen größer.

2. Das Verhältnis der jeweiligen Äquivalente des zwei OH-Gruppen des mehr als zwei OH-Gruppen aufweisenden Polyäthers [Produkt a)] zum Tetra-(hydroxyalkyl)-alkylen-diamin [Produkt b)] muß zwischen 0,75: 1 und 6,0: 1 gehalten werden, da sich sonst die Eigenschaften des Schaumstoffes ungünstig verändern, wie bereits unter 1 ausgeführt.

3. Das mittlere Äquivalentgewicht des Produktes a) und des Tetra-(hydroxyalkyl)-diamins [Produkt b)] muß zwischen 80 und 130, vorzugsweise zwischen 90 und 110 liegen. Bei geringeren Äquivalentgewichten neigt der Schaumstoff dazu, bröckelig und rissig zu werden. Übersteigen dagegen die mittleren Äquivalentgewichte die genannte obere Grenze, verformen die Schaumstoffe in der Wärme, sie schrumpfen, haben eine geringere Festigkeit und einen höheren Anteil an offenen Poren.

Die Erfindung läßt sich im Rahmen der üblichen Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen an-

—30^rC oder höher als 99°C, vorzugsweise höher als 49° C, liegen, so daß es während der Reaktion verdampft.

Die halogenierten Alkane haben alle notwendigen Eigenschaften. Das Fluortrichlormethan, das bei etwa 24° C siedet, eignet sich besonders gut als Treibmittel und hat wie zahlreiche andere Halogenalkane

aktionsteilnehmern ist, um so niedriger kann der 35 wenden.
Siedepunkt des Lösungsmittels sein; in jedem Fall darf Es ist zweckmäßig, Reaktionsteilnehmer zu ver-

der Siedepunkt bei normalem Druck nicht niedriger als meiden, die einen höheren Wasseranteil enthalten,

jedoch sind Wassergehalte bis zu 0,5%, die im allgemeinen in handelsüblichen Produkten nicht erreicht werden, bei der Durchführung des Verfahrens noch zulässig.

Es wurde festgestellt, daß Schaumstoffe, die mit den gleichen Vorpolymerisaten hergestellt, jedoch mit aliphatischen mehrwertigen Alkoholen an Stelle der

den Vorteil, daß es im Polyäther im Vorpolymerisat 45 erfindungsgemäß verwendeten Tetrahydroxyalkylen- oder Polyisocyanat löslich oder damit verträglich ist. diamine vernetzt worden sind, eine mittelmäßige Geeignet sind ferner Halogenalkane der Formeln
CCl₂F₂, CH₃ — CHF₂, C₄F₈ (cyclisch), CClF, — CClF₂,
CCl₂F-CF₂-CBrF₂, CCl₂F-CClF₂, Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, Kohlenwasserstoffe 5°
(Butane, Pentane, Hexane usw.) sowie Gemische
dieser Gase bzw. Lösungsmittel. Die halogenfreien
Alkane können allein verwendet werden, werden
jedoch vorzugsweise in Mengen von nicht mehr als

75% des Lösungsmittelgemisches gebraucht. Zur 55 eigenschaften. Sie eignen sich zur Wärmeisolierung Erzielung sehr hochwertiger Schaumstoffe, insbesondere bei niedrigen oder mäßig hohen Temperaturen, für hinsichtlich der Isoliereigenschaften, dürfen sie nicht Verpackungszwecke," für Schwimmkörper und auf mehr als 25% des Lösungsmittelgemisches aus- Grund ihres geringen Gewichtes und ihrer schallmachen, schluckenden Eigenschaften als Konstruktionsmaterial. In der Praxis werden das Halogenalkan und/oder 60 Sie können am Ort hergestellt werden. Ihre Raumdas andere flüssige Lösungsmittel vor dem Mischen gewichte können je nach dem verwendeten Lösungsmit den anderen Reaktionsteilnehmern dem ausge- mittel zwischen 12 und 320 kg/m³ liegen,
wählten Reaktionsteilnehmer zugegeben. Die Mengen In die Reaktionsmassen können in bekannter Weise des Lösungsmittels können zwischen 1 und 50 % liegen die verschiedensten Füllstoffe und flammhemmenden und betragen vorzugsweise 3 bis 40 Gewichtsprozent 65 Zusätze eingearbeitet werden, z. B. Ruß, Kieselsäure, der Reaktionsmasse, je nach der gewünschten Dichte. Kaolin, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Am-Die Verwendung von 6,5 % eines Halogenalkane, moniumphosphat. Jedoch gehen diese Zusätze auf bezogen auf das Gesamtgewicht der Reaktionsteil- Kosten der mechanischen Festigkeit.

Druckfestigkeit und einen verhältnismäßig geringen Gehalt an geschlossenen Poren aufweisen und daß sie stark schrumpfen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Schaumstoffe haben allgemein ein ausgezeichnetes Aussehen, hohe Druckfestigkeit bei niedrigem Raumgewicht, geringe Schrumpfung, hohen Gehalt an geschlossenen Zellen, geringe Wasseraufnahme und ausgezeichnete Isolier-

Beispiel 1

Die Herstellung des Vorpolymerisats und des Schaumstoffes erfolgte wie im Beispiel 1 mit den gleichen Bestandteilen, jedoch wurde als Treibmittel Fluortrichlormethan in Mengen von 25, 35 und

In diesem Beispiel wird die Herstellung eines Schaumstoifes nach der Vorpolymerisat-Methode aus wasserfreien Bestandteilen beschrieben. Der Wasser- 5 50 Teilen pro 100 Teile Vorpolymerisat verwendet, gehalt lag im Polyäther unter 0,1 %, im Lösungsmittel unter 0,01 % und im N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin unter 0,05%· Während der Reaktion wurde kein Wasser zugegeben.

Das Vorpolymerisat wurde hergestellt, indem in einem trockenen 12-1-Glasbehälter 71 Teile Toluylendiisocyanat (Mischung der 2,4- und 2,6-Isomeren im Verhältnis 80:20) und 15 Teile eines Propylenoxyd-, Trimethylolpropan-Anlagerungsproduktes mit einem

Verhältnis Treibmittel

zu Vorpolymerisat 25:100 35:100 150:100

27

20

17

2,40 91

1,65 88,2

0,87 89,5

Raumgewicht, kg/m³ ....
Mögliche Belastung ohne
bleibende Verformung,

kg/cm^a

Molekulargewicht von 400 bis 450 (Durchschnitt 15 Geschlossene Zellen, % . etwa 418) und einer OH-Zahl von 409 gemischt wurden. Die Mischung ließ man 1 Stunde unter ständiger Bewegung, jedoch ohne äußere Wärmezufuhr reagieren. Nach dieser Zeit wurden noch 14 Teile des Anlagerungsproduktes zugegeben. Die 20 Mischung wurde auf 90° C gebracht und diese Temperatur 1 Stunde gehalten. Das Reaktionsprodukt wurde auf 60°C gekühlt und zur Aufbewahrung in einen trockenen und sauberen Behälter gegeben. Das so erhaltene Vorpolymerisat hatte einen Gehalt an 25 freien NCO-Gruppen von 25%, eine Viskosität von 400OcP bei 25° C und ein Äquivalentverhältnis NCO: OH von 3,95:1.

Es wurde eine Mischung A hergestellt, indem 0,5 Teile eines wasserlöslichen oberflächenaktiven Mittels auf der Basis eines flüssigen Organopolysiloxans in das Vorpolymerisat eingearbeitet wurden.

Die Mischung B wurde hergestellt, indem 44 Teile N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin mit 25 Teilen Fluortrichlormethan gemischt wurden. Das Gesamtverhältnis der Äquivalente NCO—OH betrug etwa 1:1. Das Molverhältnis des Ν,Ν,Ν', N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamins zum

Polyäther betrug 2,18:1, das Verhältnis ihrer Äqui- .

valente 1,91:1 und ihr Gesamtäquivalentgewicht 40 ^von }⁵ ^{Teilen wie im Beis}P^iel ^l eingearbeitet wurden, etwa 90 wurde em harter Schaumstoff einer Dichte von 0,83

Die Mischungen A und B wurden innerhalb von ^{und einer} Druckfestigkeit (ausgedrückt durch Beetwa 15 Sekunden schnell gemischt. Die Reaktions- ^lastunS ^bls ™ Elastizitätsgrenze) von 0,4kg/cm^a masse ließ man schäumen, bis sie ihre größte Höhe erhalten. Wurde dagegen die F uortnchlormethanerreicht hatte (in etwa 2 Minuten). Anschließend ließ 45 ^{menge auf 12}'^{5 Teile reduziert}> ^^tte ^der, Schaumman den Schaumstoff 1 Woche bei 24° C und einer ^{stoff eine} Dichte ^{von 4}>^{25 und eme} Druckfestigkeit

Ein weiterer Versuch im Verhältnis 25:100 ergab:

K-Faktor 0,0175

(thermische Leitfähigkeit)

Mögliche Belastung ohne bleibende Verformung nach lmonatiger Alterung bei 70° C und 100% relativer Feuchtigkeit, kg/cm² .. 2,20

Verformung in der Wärme keine

Maßhaltigkeit

bei gewöhnlicher Temperatur .. ausgezeichnet in trockener Wärme von 120⁰C kein

Schrumpfen bei 70° C und 100 % relativer

Feuchtigkeit kein

Schrumpfen

bei —10⁰C kein

Schrumpfen Wasseraufnahme, kg/m³ 36

Wenn bei der Herstellung der Komponente B auf 44 Teile N,N,N',N'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin 100 Teile Fluortrichlormethan an Stelle

relativen Luftfeuchtigkeit von 50% ausreagieren. Erhalten wurde ein harter Schaumstoff mit feiner Struktur und folgenden Eigenschaften:

Raumgewicht, kg/m³ 16

Mögliche Belastung ohne bleibende

Verformung, kg/cm² 2,55

Wasseraufnahme, kg/m³ 32

K-Faktor, kcal/Std./m^C/cm ... 0,0175 (thermische Leitfähigkeit)

Maßhaltigkeit
bei Normaltemperatur ausgezeichnet

von 9,56 kg/cm².

Beispiel 3

Das Vorpolymerisat wurde wie im Beispiel 1 hergestellt.

Mischung A

Ausgangsstoffe für das Vorpolymerisat 69,7 Teile Toluylendiisocyanat (2,4:2,6 = 80:20), 30,3 Teile Propylenoxyd-Pentaerythrit-Anlagerungsprodukt mit Molekulargewicht 575 bis 625 (im Mittel 605) und mittlerer OH-Zahl 370,7 (Produkt a).

55

bei 120° C ausgezeichnet

bei —25° C ausgezeichnet 6o Eigenschaften des Vorpolymerisats

bei 70° C und 100 % relativer Verhältnis der Äquivalente

Feuchtigkeit ausgezeichnet NCO OH 3 95 · 1

Änderung der Druckfestigkeit nach Freie NCO-Gruppen............ 25%

30 Tagen unter 10% Viskosität bei 25⁰C 7350 cP

Beispiel 2

Veranschaulicht wird der Einfluß der Lösungsmittelmenge auf die Eigenschaften der Schaumstoffe.

Mischung A: Vorpolymerisat und als oberflächenaktives Mittel 0,5 Teile wasserlösliches flüssiges Organopolysiloxan.

Mischung B

N,N,N',N'-Tetrakis-(2-Hydroxypropyl)-äthylendiamin

(Produkt b) 44 Teile

Fluortrichlormethan 25 Teile

Gesamtäquivalentgewicht von

Produkt a) und Produkt b) 92,5

Molverhältnis von Produkt b) zu

Produkt a) 3:1

Verhältnis der Äquivalente von

Produkt b) zu den Äquivalenten

von Produkt a) 3:1

Gesamtverhältnis NCO: OH 1:1

Eigenschaften des Schaumstoffes

Raumgewicht, kg/m³ 29

Belastung bis zur Elastitzitäts-

grenze, kg/cm² 2,3

Geschlossene Zellen, % 88,5

Wasseraufnahme, kg/m³ 25

Verformung in der Wärme, % bei

120°C —

40

Maßhaltigkeit
bei gewöhnlicher Temperatur .. ausgezeichnet

24 Stunden bei 12O⁰C ausgezeichnet

bei 70°C und 100% relativer Feuchtigkeit ausgezeichnet

Beispiel 4

Es wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 gearbeitet. Als Mischung B dienten 44 Teile Mono-(hydroxyäthyl) - tri - (2 - hydroxypropyl) - äthylendiamin und 20 Teile Fluortrichlormethan.

Eigenschaften des Schaumstoffes

Raumgewicht, kg/m³ 30

Belastung bis zur Elastizitätsgrenze,

kg/cm² 2,67

Geschlossene Poren, % 88,9

Maßhaltigkeit
bei gewöhnlicher Temperatur .. ausgezeichnet

bei 120⁰C ausgezeichnet

bei 70°C und 100 % relativer

Feuchtigkeit ausgezeichnet

Beispiel 5

Beschrieben wird die Herstellung eines harten Schaumstoffes nach dem einstufigen Verfahren.

Mischung A

Teile Toluylendiisocyanat (Verhältnis von 2,4-zu 2,6-Isomeren = 80:20).

Mischung B

Teile Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin (Produkt b),

Teile eines verzweigten Polymischäthers mit drei OH-Gruppen im Molekül (Produkt a), erhalten durch Anlagerung von Propylenoxyd an Trimethylolpropan, Molekulargewicht etwa 400 bis 450 (im Mittel 418), OH-Zahl 409, Teile Fluortrichlormethan,

2,0 Teile oberflächenaktives Mittel auf der Basis von wasserlöslichem flüssigem Organopolysiloxan.

Gesamtverhältnis der Äquivalente
NCO-OH 1:1

Molverhältnis von Produkt b) zu

Produkt a) 4,3:1

Verhältnis der Äquivalente von

Produkt b) zu Produkt a) 5,75

Gesamtäquivalentgewicht von Produkt a) und Produkt b) 83

Die Mischung B wurde zur Mischung A gegeben. Die Mischung wurde noch 10 bis 15 Sekunden gerührt und dann in eine Form gegossen. Man ließ die Reaktionsmasse zur größten Höhe aufschäumen. Dies erforderte 2 bis 3 Minuten.

Eigenschaften des gebildeten harten Schaumstoffes

Raumgewicht, kg/m³ 21

Belastung bis zur Elastizitätsgrenze,

kg/cm² 1,12

Geschlossene Poren, °/o 90,4

Maßhaltigkeit
bei gewöhnlicher Temperatur .. ausgezeichnet

bei 12O⁰C ausgezeichnet

bei 70°C und 100% relativer
Feuchtigkeit ausgezeichnet

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von stabilen und harten Polyurethan-Schaumstoffen auf Polyätherbasis unter Mitverwendung von oberflächenaktiven Mitteln und Treibmitteln, dadurch gekenn zeichnet, daß man ein Gemisch aus

a) einem gegebenenfalls verzweigten und gegebenenfalls stickstoffhaltigen Polyäther mit zwei bis sechs Hydroxylgruppen und einem Molekulargewicht zwischen 270 und 1200 sowie einem Äquivalentgewicht zwischen 90 und 300,

b) einem Tetra-(oxyalkyl)-alkylendiamin mit einem Molekulargewicht zwischen 220 und 400 und einem Äquivalentgewicht von 55 und 100,

c) einem organischen Polyisocyanat,

d) einem oberflächenaktiven Mittel und

e) einem organischen als Treibmittel wirkenden Lösungsmittel bei einer über dem Siedepunkt des als Treibmittel verwendeten Lösungsmittels liegenden Temperatur verschäumt, wobei das Äquivalentverhältnis NCO: OH im Gesamtgemisch zwischen 0,8:1 und 1,2:1, von b):a) zwischen 0,75:1 und 6,0:1 und das mittlere Äquivalentgewicht von a) und b) vereint zwischen 80 und 130 liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyäther Äthylenoxyd-, Propylenoxyd-, Butylenoxyd- oder andere Alkylenoxydanlagerungsprodukte an Trimethylolpropan, Glycerin, Hexantriol, Pentaerythrit, Sorbit, Dimethylolphenole, Triisopropanolamin, Tetra-(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin oder Polypropylenglykole verwendet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nichtionogene oberflächenaktive Mittel in Form von durch aufeinanderfolgende Anlagerung von Propylenoxyd und Äthylenoxyd an Propylenglykol gebildeten Verbindungen oder in Form von festen oder

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flüssigen wasserlöslichen Organopolysiloxanen ver- Zusatz der weiteren Komponenten verschäumt

wendet. wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, daß man als Treibmittel halo- In Betracht gezogene Druckschriften:

genierte Alkane verwendet. 5 Französische Patentschrift Nr. 1 161 239.

5. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorpoly- In Betracht gezogene ältere Patente:

merisat aus Polyäther und Polyisocyanat unter Deutsches Patent Nr. 1 045 644.