DE10117188A1

DE10117188A1 - Hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe

Info

Publication number: DE10117188A1
Application number: DE10117188A
Authority: DE
Inventors: Armin Becker; Ulrich Treuling; Guenther Massar; Bernd Bruchmann; Willi Riegel
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-10-10

Abstract

Hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe, erhältlich durch Umsetzung von DOLLAR A A) mindestens einer Verbindung, die mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktive Wasserstoffatome enthält, mit DOLLAR A B) mindestens einem aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Isocyanat, DOLLAR A unter Mitverwendung mindestens einer Substanz S mit grenzflächenaktiven Eigenschaften, wobei man die Substanz S bei der Umsetzung der Verbindung A) mit dem Isocyanat B) mitverwendet, oder den Polyurethan-Schaumstoff mit der Substanz S behandelt, oder beides vornimmt, und wobei man als Substanz S solche Substanzen verwendet, die in Wasser eine Oberflächenspannung, gemessen nach der OECD-Ringmethode als 0,05 gew.-%ige Lösung in Wasser bei 20 DEG C, von 28 mN/m oder darunter induzieren.

Description

Die Erfindung betrifft hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe, er hältlich durch Umsetzung von

A) mindestens einer Verbindung, die mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktive Wasserstoffatome enthält, mit
B) mindestens einem aliphatischen, cycloaliphatischen oder aro matischen Isocyanat,

unter Mitverwendung mindestens einer Substanz S mit grenzflächen aktiven Eigenschaften, wobei man die Substanz S bei der Umsetzung der Verbindung A) mit dem Isocyanat B) mitverwendet, oder den Po lyurethan-Schaumstoff mit der Substanz 5 behandelt, oder beides vornimmt, und wobei man als Substanz S solche Substanzen verwendet, die in Wasser eine Oberflächenspannung, gemessen nach der OECD-Ringmethode als 0,05 gew.-%ige Lösung in Wasser bei 20°C, von 28 mN/m oder darunter induzieren.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung hy drophiler Polyurethan-Schaumstoffe, sowie die Verwendung hydro philer Polyurethan-Schaumstoffe für Haushaltsartikel, Sanitärar tikel oder Hygieneartikel.

Polyurethan-Schaumstoffe für Haushalts-, Sanitär- und Hygienean wendungen, z. B. für Reinigungsschwämme oder Windeln, müssen aus reichend hydrophil sein. Zur Erhöhung der Hydrophilie von Poly urethanen sind eine Reihe von Möglichkeiten bekannt. So ist es bei Polyetherpolyurethan-Schaumstoffen möglich, den Gehalt an Ethylenoxid in den als Ausgangsstoffe verwendeten Polyether alkoholen zu erhöhen. Allerdings sind der Erhöhung des Ethyleno xidgehalts in den Polyetheralkoholen Grenzen gesetzt, da es an sonsten zu technologischen Problemen bei der Herstellung der Schaumstoffe kommen kann.

Die EP-A 911 354 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung licht echter, hydrophiler Polyurethan (PU)-Schaumstoffe unter Verwendung spezieller Polyole, Katalysatoren und unter Einhaltung bestimmter Reaktionsbedingungen. Die Hydrophilie dieser Schaum stoffe ist für die Anwendung im Haushalts-, Sanitär- und Hygiene bereich nicht in allen Fällen zufriedenstellend, und das Verfah ren ist nicht sehr flexibel.

Die EP-A 582 127 offenbart harte hydrophile PU-Schäume aus Iso cyanaten, speziellen Polyolen und bestimmten Aminkatalysatoren. Aufgrund des hohen Ethylenoxidgehalts des Polyols und der damit verbundenen hohen Funktionalität lassen sich aus solchen Polyolen keine Weichschaumstoffe herstellen, wie sie für die hier interes sierenden Anwendungen bevorzugt sind.

Die DE-A 36 27 236 lehrt hydrophile PU-Hartschaumstoffe aus Iso cyanaten und bestimmten Polyolmischungen, die sich jedoch nicht zur Herstellung von Weichschäumen eignen.

In der EP-A 903 360 werden hydrophile Polyester-Polyurethan- Schaumstoffe beschrieben, bei denen als Polyolkomponente eine Mischung aus einem Polyesterol und einem Polyetherol mit einem Ethylenoxidgehalt von mindestens 30 Gew.-% verwendet wird. Die Polyesterole sind im wesentlichen difunktionell und werden vorzugsweise aus Dicarbonsäuren und Diolen oder Triolen herge stellt. Derartige Polyesterole und Polyetherole sind jedoch schlecht mischbar. Daraus hergestellte Polyolkomponenten weisen zumeist eine geringe Lagerstabilität auf und sind oft schwierig zu verarbeiten.

Die DE-A 199 20 787 offenbart hydrophile PU-Weichschaumstoffe aus Isocyanaten und hydrophilen Polyesteralkoholen.

Die DE-A 199 30 526 beschreibt hydrophile PU-Weichschaumstoffe aus Isocyanaten und Polyolen, deren Hydrophilie durch Mit verwendung von Sulfonsäuren oder deren Salzen oder bestimmten Polyalkylenglykolethern erzielt wird.

In der DE-A 198 36 476 werden PU-Weichschaumstoffe aus Iso cyanaten und Polyolen beschrieben, deren Hydrophilie durch Mit verwendung von Natrium-2((2-aminoethyl)amino)ethan-sulfonat oder ethoxyliertem Methyldiglykol erreicht wird.

Es bestand die Aufgabe, den geschilderten Nachteilen abzuhelfen. Insbesondere sollten PU-Schaumstoffe mit ausgeprägter Hydrophilie bereitgestellt werden, die sich auf einfache Weise herstellen lassen.

Weiterhin bestand die Aufgabe, PU-Schaumstoffe bereitzustellen, die zur Anwendung in Haushalts-, Sanitär- und Hygienebereich be sonders geeignet sind.

Demgemäß wurden die eingangs definierten hydrophilen Polyurethan- Schaumstoffe gefunden. Weiterhin wurde ein Verfahren zur Herstel lung dieser Schaumstoffe gefunden, gekennzeichnet durch die eingangs definierten Verfahrensbedingungen. Schließlich wurde die Verwendung der hydrophilen Polyurethan-Schaumstoffe für Haushalt sartikel, Sanitärartikel oder Hygieneartikel gefunden.

Die Einsatzstoffe zur Herstellung der hydrophilen Polyurethan schaumstoffe werden nachfolgend näher beschrieben.

Als Isocyanate B) werden aliphatische, cycloaliphatische und/oder aromatische Polyisocyanate eingesetzt. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethan-Schaumstoffe eignen sich z. B. aro matische Diisocyanate, vorzugsweise Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und Toluylendiisocyanat (TDI) sowie Roh-MDI (Mischungen aus den MDI-Isomeren und Polyphenylpolymethylenpolyisocyanaten), und natürlich deren Mischungen.

Bevorzugt werden jedoch aliphatische oder cycloaliphatische Iso cyanate B) eingesetzt, z. B. Alkylendiisocyanate mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest, wie 1,12-Dodecandiisocyanat, 2-Ethyl-tetramethylendiisocyanat-1,4, 2-Methylpentamethylendiiso cyanat-1,5, Tetramethylendiisocyanat-1,4 und vorzugsweise Lysine sterdiisocyanate (LDI) und/oder Hexamethylendiisocyanat-1,6 (HDI).

Geeignete cycloaliphatische Diisocyanate sind z. B. Cyclo hexan-1,3- und 1,4-diisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, 2,4- und 2,6-Hexahydrotoluylendiisocyanat sowie die entsprechenden Isomerengemische, 4,4'-, 2,2'- und 2,4'-Dicyclo hexylmethandiisocyanat sowie die entsprechenden Isomerengemische und/oder 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclo hexan (IPDI).

Die Isocyanate können in Form der reinen Verbindung oder in modi fizierter Form, beispielsweise in Form von Uretdionen, Iso cyanuraten, Allophanaten oder Biureten, vorzugsweise in Form von Urethan- und Isocyanatgruppen enthaltenden Umsetzungsprodukten, sogenannten Isocyanat-Prepolymeren, eingesetzt werden.

Als Verbindungen A) mit mindestens zwei mit Isocyanat reaktiven Wasserstoffatomen werden insbesondere Polyole mit einer Funktionalität von 2 bis 4, insbesondere 2 bis 3, und einem Mole kulargewicht von 400 bis 10000, insbesondere 1000 bis 8000, ein gesetzt. Mögliche Polyole sind Polycarbonatdiole, Polyesterole und Polyetherole, wobei die Polyetherole auf Grund ihrer höheren Hydrolysestabilität besonders bevorzugt sind.

Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethan-Schaum stoffe verwendeten Polyetherole werden zumeist durch basisch ka talysierte Anlagerung von niederen Alkylenoxiden, insbesondere Ethylenoxid und/oder Propylenoxid, an 2- bis 4-funktionelle, ins besondere 2- und 3-funktionelle Startsubstanzen, hergestellt. Als Startsubstanzen dienen insbesondere 2- bis 4-funktionelle Alko hole mit Molekulargewichten bis 400, zum Beispiel Ethylenglykol, Propylenglykol, Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit. Wie oben ausgeführt, werden zur weiteren Erhöhung der Hydrophilie der Schaumstoffe vorzugsweise Polyetherole mit einem Gehalt an Ethylenoxid, insbesondere in einem Bereich von 10-80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyetherols, eingesetzt.

Zu den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanat reaktiven Hydroxylgruppen gehören auch die Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel. Bei den Kettenverlängerungsmitteln handelt es sich überwiegend um 2- oder 3-funktionelle Alkohole mit Mole kulargewichten unter 400, beispielsweise Ethylenglykol, Propylen glykol, Butandiol-1,4, Pentandiol-1,5. Bei den Vernetzungsmitteln handelt es sich um Verbindungen mit Molekulargewichten kleiner 400 und 3 oder mehr aktiven H-Atomen, vorzugsweise Aminen und be sonders bevorzugt Alkoholen, beispielsweise Glyzerin, Tri methylolpropan und/oder Pentaerythrit.

Die erfindungsgemäßen Schaumstoffe können sowohl in Anwesenheit als auch in Abwesenheit von Kettenverlängerungs- und/oder Vernet zungsmitteln hergestellt werden.

Die erfindungsgemäßen Schaumstoffe werden üblicherweise unter Verwendung von Treibmitteln hergestellt. Als Treibmittel bei der Herstellung der erfindungsgemäßen wird heute zumeist Wasser ein gesetzt, welches durch Reaktion mit den Isocyanatgruppen Kohlen dioxid bildet. Andere geeignete Treibmittel sind sogenannte phy sikalische Treibmittel: inerte Verbindungen, die unter den Bedin gungen der Polyurethanbildung verdampfen. Beispiele für physika lische Treibmittel sind (cyclo)aliphatische Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise solche mit 4 bis 8, besonders bevorzugt 4 bis 6 und insbesondere 5 Kohlenstoffatomen, teilhalogenierte Kohlenwasser stoffe oder Ether, Ketone oder Acetate. Die Menge der eingesetz ten Treibmittel richtet sich nach der angestrebten Dichte der Schaumstoffe. Die Dichte liegt bevorzugt im Bereich 20 bis 120 g/l, insbesondere 30 bis 100 g/l.

Die Herstellung der Polyurethan-Schaumstoffe erfolgt zumeist in Anwesenheit von Katalysatoren, beispielsweise tertiären Aminen oder organischen Metallverbindungen, insbesondere Zinn verbindungen.

Die Umsetzung erfolgt gegebenenfalls in Anwesenheit von Hilfs- und/oder Zusatzstoffen, wie Füllstoffen und/oder Zellreglern.

Weitere Angaben zu den verwendeten Ausgangsstoffen, Katalysatoren sowie Hilfs- und Zusatzstoffen finden sich beispielsweise im Kunststoff-Handbuch, Band 7, Polyurethane, Carl-Hanser-Verlag München, 1. Auflage 1966, 2. Auflage, 1983 und 3. Auflage, 1993.

Erfindungsgemäß sind die hydrophilen PU-Schaumstoffe erhältlich durch Umsetzung der Verbindung A) (Polyol) mit dem Isocyanat B) unter Mitverwendung einer Substanz S mit grenzflächenaktiven Ei genschaften. Dabei kann man entweder die Substanz S bei der Um setzung von A) mit B) mitverwenden, d. h. vor oder während der Po lymerisationsreaktion zufügen, oder den fertig aufgeschäumten PU- Schaumstoff mit der Substanz S behandeln, oder beide Maßnahmen vornehmen.

Als Behandlungsmethoden eignen sich z. B. das Tränken oder das Be sprühen des fertigen Schaums mit der Substanz S oder mit einer Lösung bzw. Dispersion (Suspension oder Emulsion) von S in einem Lösungsmittel bzw. Dispersionsmittel unter anschließendem Entfer nen des Lösungs- bzw. Dispersionsmittels z. B. durch Tempern oder Stehenlassen. Weiterhin eignet sich das Eindiffundierenlassen von S in den Schaum, oder andere übliche Verfahren.

Als Substanz S mit grenzflächenaktiven Eigenschaften sind alle Stoffe (Elemente oder Verbindungen) geeignet, die in Wasser eine Oberflächenspannung, gemessen nach der OECD-Ringmethode als 0,05 gew.%ige Lösung in Wasser bei 20°C, von 28 mN/m oder darun ter induzieren.

Mit "OECD-Ringmethode" ist das Verfahren zur Messung der Oberflä chenspannung gemeint, welches im Amtsblatt der Europäischen Ge meinschaften L 383, 35. Jahrgang, 29. Dezember 1992, Methode A. 5., Seite 47ff, definiert ist. Die dort beschriebene Methode ist eine Übersetzung der OECD-Methode. Die OECD-Methode wurde zwi schenzeitlich neu herausgegeben: OECD Guideline for the Testing of Chemicals, 115, "Surface Tension of Aqueous Solutions", adop ted 27.07.95.

Solche Substanzen S sind z. B.

- Emulgatoren,
- Tenside, oder
- Stabilisatoren für Polyurethanschäume (sog. Schaumstabili satoren),

welche die genannte Bedingung "in Wasser (0,05 Gew.-%, 20°C) indu zierte Oberflächenspannung ≦ 28 mN/m" erfüllen. Man kann auch Mischungen dieser Stoffe verwenden.

In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet man als Substanz S Stabilisatoren für Polyurethanschäume. Besonders bevorzugt verwendet man polyethermodifiziertes Polysiloxane, oder Silikone, oder deren Mischungen.

Ein geeignetes polyethermodifiziertes Polysiloxan ist z. B. als Dabco DC 190 von Fa. Air Products erhältlich, und weist eine Oberflächenspannung in Wasser von 26,4 mN/m auf. Ein geeignetes Silikon ist z. B. als Dabco DC 198 von Fa. Air Products erhält lich, und weist eine Oberflächenspannung in Wasser von 27,1 mN/m auf (Oberflächenspannung jeweils bestimmt nach OECD-Ringmethode wie zuvor definiert, 0,05 Gew.-% in Wasser, 20°C.

Gleichfalls besonders bevorzugt als Substanz 5 ist der Schaum stabilisator Tegostab B 1903 von Fa. Goldschmidt, ein . . .

Falls als oberflächenaktive Substanz S Schaumstabilisatoren verwendet werden, ist ein nachträgliches Behandeln des fertigen Schaumes mit der Substanz S nicht erforderlich, da die Schaum stabilisatoren ohnehin während der Verschäumung zugefügt werden. Jedoch kann man zusätzlich auch den fertigen Schaum mit ober flächenaktiven Substanzen S behandeln, um die Hydrophilie des Schaumes weiter zu verbessern.

In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform verwendet man als Substanz S Tenside, besonders bevorzugt . . .

Die Tenside kann man entweder während der Umsetzung von A) mit B) zufügen, z. B. während der Verschäumung, oder den fertigen Schaum mit den Tensiden behandeln, z. B. den Schaum mit einer Lösung der Tenside tränken oder besprühen und das Lösungsmittel anschließend durch Tempern entfernen. Man kann auch beide Maßnahmen vornehmen.

Die erfindungsgemäßen Polyurethan-Schaumstoffe sind bevorzugt im wesentlichen offenzellig (Anteil offener Zellen ≧ 90%), um eine Aufnahme des Wassers zu ermöglichen. Die Zellöffnung erfolgt zumeist durch die Rezeptierung des Schaumes, es ist jedoch auch möglich, die Zellen nachträglich mechanisch zu öffnen, beispiels weise durch Walken.

Die Prüfung der Hydrophilie kann nach verschiedenen Methoden er folgen. Bei den bevorzugten, im wesentlichen offenzelligen Schäu men bestimmt man z. B. die Einsinkzeit eines aus dem zu prüfenden Schaum gefertigten Probekörpers in Wasser: beispielsweise schnei det man aus dem fertigen Schaumstoff einen Würfel von z. B. 30 mm Kantenlänge und legt ihn in ein Becken mit reinem Wasser auf die Wasseroberfläche. Der Zeitpunkt, an dem die Würfelunterseite die Wasseroberfläche berührt, ist t = 0. Die Zeit bis zum vollständigen Versinken des Würfels im Wasser wird gemessen und ist die Ein sinkzeit.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die hy drophilen PU-Schaumstoffe im wesentlichen offenzellig und ein Würfel aus diesen Schäumen von 30 mm Kantenlänge weist bei 25°C eine Einsinkzeit in Wasser von maximal 120 sec auf.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethan-Schaumstoffe erfolgt durch Mischen der Isocyanate B) und der Verbindungen A) mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktiven Wasserstoff atomen. In der Technik ist es dabei üblich, die Verbindungen A) mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktiven Wasserstoff atomen mit den Treibmitteln, Katalysatoren sowie den Hilfs- und/ oder Zusatzstoffen vor der Umsetzung zu einer sogenannten Polyol komponente zu vereinigen.

Die Vermischung der Isocyanate B) mit den Verbindungen A) mit mindestens zwei mit Isocyanat reaktiven Wasserstoffatomen erfolgt beim einstufigen "on shot"-Verfahren üblicherweise in sogenannten Mischköpfen. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schaumstoffe erfolgt z. B. nach dem Blockschaumverfahren. Dabei werden die Schaumstoffe frei zu Blöcken verschäumt. Diese Blöcke werden nach ihrer Aushärtung auf die geforderte Größe zugeschnitten. Die Um setzung sollte vorzugsweise bei einem Index von 70 bis 150 durchgeführt werden. Unter dem Index wird das Verhältnis von Iso cyanatgruppen zu Polyolgruppen verstanden.

Bevorzugt stellt man die erfindungsgemäßen Schaumstoffe jedoch nicht nach dem one shot-Verfahren, sondern zweistufig nach dem Prepolymer-Verfahren her. Das Prepolymer-Verfahren kann man ent weder gemäß einer Ausführungsform i) oder gemäß einer Aus führungsform ii) ausführen.

Bei der Ausführungsform i) setzt man in einer ersten Stufe die Gesamtmenge des Isocyanats B) mit einer Teilmenge der Verbindung A) um. Durch den Isocyanatüberschuß entsteht ein sog. Polyiso cyanat-Prepolymer setzt man in einer zweiten Stufe mit der Rest menge der Verbindung A) zum fertigen Polyurethan um.

Bei der Ausführungsform ii) setzt man in einer ersten Stufe die Gesamtmenge der Verbindung A) mit einer Teilmenge des Isocyanats B) um. Durch den Überschuss an -OH-Gruppen (im Falle A) = Polyol) entsteht ein sog. Polyol-Prepolymer. Dieses Polyol-Prepolymer setzt man in einer zweiten Stufe mit der Restmenge des Isocyanats B) zum fertigen Polyurethan um.

Es versteht sich, daß sich die Teilmenge des ersten Schritts und die Restmenge des zweiten Schritts zur Gesamtmenge (100%) ergän zen.

Bevorzugt ist die Ausführungsform i) (Isocyanatüberschuß in der ersten Stufe, Polyisocyanat-Prepolymer, Restmenge Polyol in der zweiten Stufe).

In der ersten Stufe werden üblicherweise die Ausgangskomponenten Polyol A), Isocyanat B), die Katalysatoren und ggf. die Ketten verlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel, sowie ggf. Hilfs- und/ oder Zusatzstoffe, bei Temperaturen von üblicherweise 60 bis 150, bevorzugt 75 bis 140°C vermischt, wobei das Prepolymer entsteht. In der zweiten Stufe bringt man das Prepolymer, die Restmenge der Unterschußkomponente von Stufe 1, sowie das Treibmittel, ggf. weitere Katalysatoren, Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungs mittel, und/oder Hilfs- bzw. Zusatzstoffe in das offene oder ge gebenenfalls unter erhöhtem Druck in das geschlossene Formwerk zeug ein, oder trägt bei kontinuierlicher Arbeitsweise die Kompo nenten mittels eines Mischkopfes auf ein Band auf, das die Reak tionsmasse aufnimmt. Die Temperaturen im zweiten Schritt liegen in der Regel bei 0 bis 80, bevorzugt 20 bis 60°C.

Die Vermischung der Mischungsbestandteile kann mechanisch mittels eines Rührers oder einer Rührschnecke oder auf andere, übliche Weise durchgeführt werden.

Es kann vorteilhaft sein, in der ersten Stufe Verbindungen mitzu verwenden, welche die unerwünschte vorzeitige Weiterreaktion des Prepolymers verhindern oder zumindest stark verlangsamen. Diese Verbindungen werden als Reaktionsstopper bezeichnet und gewähr leisten, daß das Prepolymer erst in der zweiten Stufe nach Zugabe der Restmenge der Unterschußkomponente weiterreagiert. Geeignete Reaktionsstopper sind z. B. Benzoylchlorid, Acetylchlorid oder Toluolsulfonsäuremethylester. Die Menge des Reaktionsstoppers be trägt in der Regel 1 bis 100, bevorzugt 3 bis 10 ppm(w) (parts per million by weight), bezogen auf die Überschußkomponente von Stufe 1.

Die erfindungsgemäßen PU-Schaumstoffe sind ausgeprägt hydrophil und einfach herstellbar. Sie können je nach den verwendeten Einsatzstoffen hart oder - bevorzugt - weich sein. Sie eignen sich zur Verwendung für Haushaltsartikel (z. B. Reinigungsschwämme und -tücher) und für Sanitärartikel bzw. Hygieneartikel (z. B. Windeln, Damenbinden, Bettauflagen für inkontinente Personen).

Bekannterweise können bei Polyurethan-Schaumstoffen Abbau reaktionen auftreten, insbesondere Hydrolyse- und Alterungsvor gänge. Dieser Abbau wird durch Feuchtigkeit und erhöhte Tempera turen verstärkt. Bei Verwendung aliphatischer oder cycloali phatischer Isocyanate B) weisen die erfindungsgemäßen Schaum stoffe eine hohe Lichtstabilität auf (geringe Vergilbungsneigung unter Lichteinwirkung) und bilden keine toxischen aromatischen Abbauprodukte, wie aromatische Amine, wie dies bei Schaumstoffen aus aromatischen Isocyanaten der Fall sein kann. Solche "(cyclo)aliphatischen" erfindungsgemäßen Schaumstoffe eignen sich daher besonders für den direkten Kontakt mit der menschlichen Haut, z. B. bei Windeln, Binden und Bettauflagen. Sie bilden bei einem eventuellen Abbau toxikologisch unbedenkliche (cyclo)aliphatische Amine.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiele

Mit "OECD-Ringmethode" ist das Verfahren zur Messung der Oberflä chenspannung gemeint, welches im Amtsblatt der Europäischen Ge meinschaften L 383, 35. Jahrgang, 29. Dezember 1992, Methode A. 5., Seite 47ff, definiert ist.

Es wurden folgende Einsatzstoffe verwendet:
Lupranol® 1000: Polyoxypropylendiol, Hydroxylzahl 56 mg KOH/g.
Lupranol® 2042: Polyoxypropylen-Polyethylentriol, Hydroxylzahl 26,5 mg KOH/g.
Lupranol® 2045: Polyoxypropylen-Polyethylentriol, Hydroxylzahl 35 mg KOH/g.
Lupranol® 2047: Polyoxypropylen-Polyethylentriol, Hydroxylzahl 42 mg KOH/g.
Lupranol® VP 9236: Polyoxyethylendiol, Hydroxylzahl 605 mg KOH/g
Lupragen® N 201: 33 gew.%ige Lösung von DABCO 8154 (siehe unten) in Dipropylenglykol
Lupragen® N 206: 70 gew.%ige Lösung von Bis(dimethylamino ethyl)ether in Dipropylenglykol.
Lupragen® N 600: 1,3,5-Tris(3-dimethylaminopropyl)-hexahydro s-triazin.
Lupranat® M20A: Polymer-MDI
Basonat® HI 100: Polyisocyanat auf Basis von isocyanuratisiertem Hexamethylendiisocyanat-1,6.

Die vorgenannten Handelsprodukte sind von BASF Aktiengesellschaft erhältlich.

Weiterhin wurden verwendet:
Dabco 8154: Säuregeblockter Katalysator von Fa. Air Products.
Dabco DC 190: polyethermodifiziertes Polysiloxan.
Dabco 198: Silikon von Fa. Air Products.
Dabco DC 1253: . . . von Fa. Air Products.
BF 2370: . . . von Fa. . . .
Tegostab B 5055: . . .
Tegostab B 8409: . . .
Tegostab B 8418: . . .
alle von Fa. Goldschmidt,
Niax SR 321: . . . von Fa. Osi
Nuwet 100: . . .
Nuwet 300: . . .
Nuwet 500: . . .
alle von Fa. . . .
Plurafac LF 4000: . . . von Fa. . . .

Die Schaumstoffe wurden nach dem Prepolymer-Verfahren herge stellt.

Für die Beispiele 1 bis 23 wurde ein Prepolymer P1 wie folgt her gestellt:
In einem Dreihalskolben mit Rührer wurden 100 g Isocyanat komponente Basonat® HI 100 vorgelegt und auf 110°C erhitzt. Die Isocyanatkomponente enthielt als Reaktionsstopper 5 ppm Benzoyl chlorid. Anschließend wurden 38,58 g Lupranol® 2047 innerhalb von 30 min zudosiert. Nach Zulaufende wurde das Prepolymer weitere zwei Stunden bei 110°C gerührt.

Beispiele 1 bis 8 Mitverwendung verschiedener PU-Schaumstabilisatoren als Substan zen S beim Verschäumen

Zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe wurde die in Tabelle 1 angegebene Grundrezeptur verwendet. Isocyanat- und Polyol komponente wurden bei einem Index von 130 verschäumt. Zur Stabi lisierung des Schaumstoffs wurden jeweils verschiedene Schaum stabilisatoren zugesetzt, die in Tabelle 2 angegeben sind. Die angegebenen Oberflächenspannungen der eingesetzten Schaumstabili satoren wurden aus einer 0,05 %igen wässrigen Lösung bestimmt nach der OECD-Ringmethode bei 20°C.

Tabelle 1

Grundrezeptur der hergestellten Polyurethanschaum stoffe für Beispiele 1 bis 8

Aus den entstandenen offenzelligen Weichschaumstoffen wurden Probekörper der Größe 30 × 30 × 30 mm geschnitten. Diese wurden auf eine Wasseroberfläche gelegt (t = 0) und nachfolgend wurde die Zeit bis zum vollständigen Versinken der Probekörper be stimmt. In Tabelle 2 sind die Ergebnisse für die verschiedenen Stabilisatoren zusammengefaßt.

Tabelle 2

Eingesetzte Schaumstabilisatoren und Einsinkzeiten der hergestellten Schaumstoffe (V zum Vergleich)

Bei den erfindungsgemäßen Beispielen 1 und 2 betrug die Oberflä chenspannung der Schaumstabilisatoren in Wasser (0,05 Gew.-%ige Lösung, 20°C, OECD-Ringmethode) ≦ 28 mN/m und die Einsinkzeit lag bei 8 bzw. 33 sec. Die Schaumstoffe waren demnach ausgeprägt hy drophil und die Einsinkzeit lag unter 120 sec.

Verwendet man stattdessen nicht erfindungsgemäße Schaumstabili satoren mit Oberflächenspannungen in Wasser < 28 mN/m, so waren die Schaumstoffe nicht ausreichend hydrophil und die Einsinkzeit betrug über 120 sec. Dies zeigen die Vergleichsbeispiele 3 V bis 8 V.

Beispiele 9 bis 13 Mitverwendung verschiedener Tenside zusammen mit PU-Schaumstabi lisator als Substanzen S beim Verschäumen

Zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe wurde die in Tabelle 3 angegebene Grundrezeptur verwendet. Isocyanat- und Polyol komponente wurden bei einem Index von, 130 verschäumt. Der Schaum formulierung wurden dabei jeweils die in Tabelle 4 angegebenen Tenside zugesetzt. Die angegebenen Oberflächenspannungen wurden bestimmt wie zuvor angegeben.

Tabelle 3

Grundrezeptur der hergestellten Polyurethanschaum stoffe für Beispiele 9 bis 13

Aus den entstandenen offenzelligen Weichschaumstoffen wurden Probekörper der Größe 30 × 30 × 30 mm geschnitten. Diese wurden auf eine Wasseroberfläche gelegt (t = 0) und nachfolgend wurde die Zeit bis zum vollständigen Versinken bestimmt. In Tabelle 4 sind die Ergebnisse für die verschiedenen Tenside zusammengefaßt.

Tabelle 4

Eingesetzte Tenside und Einsinkzeiten der Schaumstoffe

Die Beispiele 9 bis 13 zeigen, daß sich die Hydrophilie von Schaumstoffen, denen gemäß Beispiel 2 Schaumstabilisatoren mit einer Oberflächenspannung in Wasser ≦ 28 mN/m beim Verschäumen zu gefügt wurden, durch Zufügen von Tensiden beim Verschäumen weiter verbessern läßt.

Beispiele 14 bis 18 Behandeln des fertigen PU-Schaums mit verschiedenen Tensiden als Substanzen S

Es wurde ein Schaumstoff gemäß der Grundrezeptur aus Tabelle 1 hergestellt wie unter Beispiel 1 bis 8 beschrieben, jedoch ohne Mitverwendung von Schaumstabilisatoren oder Tensiden. Der fertige Schaumstoff wurde jeweils mit einer 10 gew.%igen wässrigen Lösung verschiedener Tenside . . . min lang getränkt und das Lösungsmittel danach durch . . . min langes Tempern bei . . .°C entfernt. Aus den trockenen Schaumstoffen wurden Probekörper der Größe 30 × 30 × 30 mm geschnitten und wie zuvor beschrieben die Einsinkzeit bestimmt. In Tabelle 5 sind die Ergebnisse für ver schiedene Tenside zusammengefaßt.

Tabelle 5

Zugesetzte Tenside und Einsinkzeiten der Schaumstoffe (V zum Vergleich)

Die Beispiele 14V bis 18 zeigen, daß auch ohne Mitverwendung grenzflächenaktiver Substanzen S beim Verschäumen, allein durch Behandeln des fertigen Schaums mit oberflächenaktiven Substanzen S - hier Tensiden - eine ausgeprägte Hydrophilie erzielt wird.

Beispiele 19 bis 23 Behandeln des fertigen PU-Schaumes mit verschiedenen Tensiden in verschiedenen Konzentrationen

Es wurde vorgegangen wie bei den Beispielen 14 bis 18 beschrie ben, jedoch wurden die Tenside in verschiedenen Konzentrationen zwischen 0 und 10 Gew.-% verwendet. In Tabelle 6 sind die Ergeb nisse zusammengefaßt.

Tabelle 6

Einsinkzeit der Schaumstoffe in Abhängigkeit der Konzentration der zugesetzten Tenside (V zum Vergleich)

Die Beispiele 19V bis 23 zeigen, daß sich durch Variation der Tensidkonzentration die Hydrophilie der Schäume in weiten Grenzen verändern läßt.

Claims

1. Hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe, erhältlich durch Umset zung von

A) mindestens einer Verbindung, die mindestens zwei gegen über Isocyanaten reaktive Wasserstoffatome enthält, mit
B) mindestens einem aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Isocyanat,

unter Mitverwendung mindestens einer Substanz S mit grenz flächenaktiven Eigenschaften, wobei man die Substanz S bei der Umsetzung der Verbindung A) mit dem Isocyanat B) mit verwendet, oder den Polyurethan-Schaumstoff mit der Substanz S behandelt, oder beides vornimmt, und wobei man als Substanz S solche Substanzen verwendet, die in Wasser eine Oberflä chenspannung, gemessen nach der OECD-Ringmethode als 0,05 gew.%ige Lösung in Wasser bei 20°C, von 28 mN/m oder darunter induzieren.

2. Hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe nach Anspruch 1, wobei das Isocyanat B) aliphatisch oder cycloaliphatisch ist.

3. Hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 2, wobei als Substanz S Stabilisatoren für Polyurethanschäume verwendet werden.

4. Hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei als Stabilisatoren polyethermodifizierte Poly siloxane, oder Silikone, oder deren Mischungen, verwendet werden.

5. Hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei als Substanz S Tenside verwendet werden.

6. Hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei die Schaumstoffe im wesentlichen offenzellig sind und ein Würfel aus diesen offenzelligen Schaumstoffen von 30 mm Kantenlänge bei 25°C eine Einsinkzeit in Wasser von maxi mal 120 sec aufweist.

7. Hydrophile Polyurethan-Schaumstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei die Schaumstoffe zweistufig nach dem Prepolymer-Ver fahren hergestellt werden.

8. Verfahren zur Herstellung hydrophiler Polyurethan-Schaum stoffe gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verfahrensbedingungen von Anspruch 1.

9. Verwendung hydrophiler Polyurethan-Schaumstoffe nach den An sprüchen 1 bis 7 für Haushaltsartikel, Sanitärartikel oder Hygieneartikel.