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Title:
REACTIVE POLYURETHANE PREPARATIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/102583
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to reactive polyurethane systems with improved properties, to preparations which contain said polyurethane systems, to methods for producing said polyurethane systems or preparations, and to the use thereof as hot-melt adhesives for example.

Inventors:
LEIMENSTOLL MARC (DE)
KARAFILIDIS CHRISTOS (DE)
WINTERMANTEL MATTHIAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/076575
Publication Date:
July 11, 2013
Filing Date:
December 21, 2012
Export Citation:
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Assignee:
BAYER IP GMBH (DE)
International Classes:
C08G18/76; C08G18/12; C08G18/42; C09J175/06
Domestic Patent References:
WO2003033562A12003-04-24
WO2009144280A12009-12-03
WO2003006521A12003-01-23
Foreign References:
DE10163857A12003-07-10
EP0693511A11996-01-24
Other References:
"Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie", 1980, VERLAG CHEMIE, article "Polyester"
"Ullanns Enzyklopädie der technischen Chemie", 1980, VERLAG CHEMIE, article "Polyester"
Attorney, Agent or Firm:
ASSOCIATION BIP PATENTS (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Reaktive Polyurethansysteme enthaltend (a) NCO-Prepolymere auf Basis asymmetrischer Isocyanate oder Mischungen asymmetrischer Isocyanate sowie (b) Prepolymere mit einem Gehalt an freiem monomeren Isocyanat von < 1 Gew.- %.

2. Verfahren zur Herstellung von reaktiven Polyurethansystemen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

(A) mindestens ein monomeres aromatisches, aliphatisches, araliphatisches und/oder cycloaliphatisches Diisocyanat, dessen Isocyanatgruppen unterschiedliche Reaktivitäten gegenüber Polyolen besitzt oder ein über freie NCO-Gruppen verfügendes, auf diesen monomeren Diisocyanaten aufgebautes Prepolymer

und

(B) ein Polyol oder Polyolgemisch

miteinander umgesetzt werden, wobei das Verhältnis von A zu B so gewählt wird, dass das molare Verhältnis von NCO zu OH > 1 beträgt. und anschließend das Umsetzungsprodukt aus (A) und (B) mit einem Isocyanat- terminierten Prepolymer gemischt wird, welches einen Gehalt an freiem monomeren Isocyanat von < 1 Gew.- % aufweist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Abmischung mit dem Umsetzungsprodukt aus (A) und (B) eingesetzte Isocyanat-terminierte Prepolymer einen Gehalt an freiem Isocyanat von < 0,5 Gew.-% aufweist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Abmischung mit dem Umsetzungsprodukt aus (A) und (B) eingesetzte Isocyanat-terminierte Prepolymer einen Gehalt an freiem Isocyanat von < 0,1 Gew.-% aufweist.

5. Verfahren gemäß Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Diiso- cyanatkomponente A) um Isophorondiisocyanat und/oder 2,4-Diisocyanatotoluol und/oder 2,4 ' -Diisocyanatodiphenylmethan handelt.

6. Verfahren gemäß Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Diiso- cyanatkomponente A) um 2,4'-Diisocyanatodiphenylmethan handelt.

7. Zubereitungen enthaltend die reaktiven Polyurethansysteme gemäß Anspruch 1.

8. Schmelzklebstoffe (Hotmelts) enthaltend die reaktiven Polyurethansysteme gemäß Anspruch 1.

9. Verwendung von reaktiven Polyurethansystemen gemäß Ansprache 1 in Dichtstoffen, Be- schichtungen, Schaumstoffen, Klebstoffen oder Schmelzklebstoffen. 10. Verwendung von asymmetrischen Isocyanaten oder Mischungen aus diesen und reaktiven Polyurethansystemen enthaltend solche Isocyanate oder Mischungen zur Reduzierung der Applikationstemperaturen von Schmelzklebstoffen.

Description:
Reaktive Polyurethan-Zubereitungen

Die Erfindung betrifft Polyurethane enthaltende Schmelzklebstoffe mit verbesserten Eigenschaften sowie Zubereitungen, welche diese Schmelzklebstoffe enthalten, Verfahren zur Herstellung der Schmelzklebstoffe bzw. der Zubereitungen sowie deren Verwendung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Polyurethan enthaltende Schmelzklebstoffe (im Folgenden auch als Schmelzklebstoffsysteme oder PUR-Hotmelts bezeichnet), welche asymmetrische Diisocyanate und restmonomerenarme Prepolymere umfassen. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Zubereitungen, welche die Schmelzklebstoffe enthalten, Verfahren zur Herstellung der Schmelzklebstoffe bzw. Zubereitungen und deren Verwendung. Reaktive Polyurethan-Hotmelts sind eine stark wachsende Produktgruppe innerhalb der Anwendungen von Polyurethanen auf dem Klebstoffgebiet. Für ihren Aufbau werden vorzugsweise lineare Polyester- und/oder Polyetherpolyole in Kombination mit einem Überschuss an Polyisocyanaten, vorzugsweise Diisocyanaten, verwendet.

Die Vorteile dieser Produktklasse liegt vor allem in der Abwesenheit von Lösungsmittel, der Mög- lichkeit die Produkte in der Wärme mit relativ niedrigen Viskositäten zu applizieren, trotzdem hohe

Anfangsfestigkeiten zu erhalten und nach relativ kurzer Zeit wegen der weiteren Reaktion mit Feuchtigkeit Klebverbindungen mit sehr hohem, weit über den Applikationstemperaturen liegendem Wärmestand und exzellenten Lösemittelbeständigkeiten zu erhalten.

Um rasch Anfangsfestigkeit aufzubauen, wird bei reaktiven PUR-Hotmelts auf Polyole zurückge- griffen, deren Konzentration im Hotmelt genügend hoch ist und deren Übergang erster bzw. zweiter Ordnung (Tm bzw. Tg) bei relativ hohen Temperaturen liegt. Dabei ist darauf zu achten, dass der Übergang erster bzw. zweiter Ordnung auch in einem formulierten Hotmelt erfolgt und nicht durch z.B. Mischbarkeit des kristallisierenden Polyols im Gesamtsystem unterdrückt wird.

Da das reaktive PUR-Hotmelt typischerweise als Schmelze aufgetragen wird, muss die Applikati- onstemperatur über der Übergangstemperatur des formulierten Hotmelts liegen. Die Übergangstemperaturen können dabei je nach Formulierung relativ hoch liegen. Applikationstemperaturen von deutlich über 100 °C sind üblich.

Wichtige Verfahren zur Ermittlung von Anfangsfestigkeiten sind die Messung der offenen Zeit (OZ) und der Abbindezeit (AZ). Die OZ beschreibt die Zeitspanne, innerhalb derer die scheinbar trockenen Klebstoffschichten noch miteinander verbunden werden können, ohne dass Einbußen in der Endfestigkeit der ausgeführten Klebung hingenommen werden müssen. Die AZ beschreibt die Zeit, nach der die Verklebung ausreichend hohe Festigkeit aufgebaut hat, um den Pressdruck und damit die Fixierung der zu verklebenden Teile aufzuheben.

Aus Sicht des Endanwenders sind prinzipiell reaktive Schmelzklebstoffsysteme wünschenswert, die bei geringen Temperaturen appliziert werden können, ohne dass dabei Einbußen in AZ und/oder OZ hingenommen werden müssen.

Dem Fachmann ist bekannt, dass durch Verwendung geeigneter Polyole bzw. Polyolmischungen die Applikationstemperatur von Schmelzklebstoffen gesenkt werden kann. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, in dem Polyole bzw. Polyolmischungen mit geringeren Schmelzviskositäten verwendet werden. Typischerweise werden aber die AZ und die OZ durch das Polyolgemisch charakterisiert. Bei Veränderung des Polyolgemisches muss daher oftmals das Abkühlverhalten des Schmelzklebstoffes, ggf. durch Beimischung entsprechender Additive, aufwändig angepasst werden. Längere Entwicklungszeiten sind die Folge.

Nach der Lehre der DE-A 101 63 857 gelingt es unter Verwendung von asymmetrischen Diisocya- naten Zusammensetzungen herzustellen, welche sich durch geringere Schmelzviskositäten bei gleichen Temperaturen im Vergleich zu Systemen des Standards der Technik auszeichnen. Die AZ und die OZ bleiben dabei unbeeinflusst.

Die EP-A 0 693 511 beschreibt reaktive Hotmeltsysteme mit niedriger Anfangsviskosität und kürzeren offenen Zeiten. Durch Verwendung von asymmetrischen Diisocyanaten lassen sich Hotmeltsysteme herstellen, welche im Vergleich zu Standardsystemen auf Basis symmetrischer Diisocya- nate, wie z.B. 4,4'-MDI, über raschere Anfangsfestigkeiten verfügen. Aus der der Lehre geht nicht hervor, wie und ob sich die AZ und die OZ verändern, wenn die Applikationstemperaturen verringert werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand somit insbesondere darin, Systeme bereitzustellen, deren Applikationstemperaturen niedriger sind als die bisher bekannter Formulierungen von reaktiven Polyurethan-Hotmelts, ohne dass es dabei zu Veränderungen in den OZ bzw. AZ kommt.

Es wurde nun überraschend gefunden, dass sich die Applikationstemperatur von Schmelzklebstoffsystemen auf Basis von kristallinen oder teilkristallinen Polyesterpolyolen oder Mischungen dieser mit kristallinen, teilkristallinen, amorphen, flüssigen Polyolen oder anderer Komponenten und asymmetrischen Isocyanaten im Vergleich zu Formulierungen des Standes der Technik signifikant reduzieren lässt, ohne dass dabei Veränderungen in den AZ bzw. OZ resultieren. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit reaktive Polyurethansysteme enthaltend (a) NCO-Prepolymere auf Basis asymmetrischer Isocyanate oder Mischungen asymmetrischer Isocyanate sowie (b) Prepolymere mit einem Gehalt an freiem monomeren Isocyanat von < 1 Gew.-%.

Die erfindungsgemäßen reaktiven Polyurethansysteme weisen im Allgemeinen eine Viskosität bei 130°C von <10 000 mPas, vorzugsweise von < 8000 mPas und besonders bevorzugt von < 5000 mPas auf. Zudem weisen sie einen Restmonomergehalt von weniger als 1 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-% (Bestimmungsmethoden s. experimenteller Teil der vorliegenden Anmeldung).

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung dieser reaktiven Polyurethansys- teme enthaltend (a) NCO-Prepolymere auf Basis asymmetrischer Isocyanate oder Mischungen asymmetrischer Isocyanate sowie (b) Prepolymere mit einem Gehalt an freiem monomeren Isocyanat von < 1 Gew.- % in Schmelzklebstoffen zur Reduzierung derer Applikationstemperaturen.

Das in den erfindungsgemäßen Gegenständen reaktiven Polyurethansystemen verwendete asymmetrische Isocyanat ist dabei bevorzugt 2,4 '-MDL Die erfindungsgemäßen reaktiven Polyurethansysteme sind erhältlich durch Umsetzung von

(A) mindestens einem monomeren aromatischen, aliphatischen, araliphatischen und/oder cycloaliphatischen Diisocyanat, dessen Isocyanatgruppen unterschiedliche Reaktivitäten gegenüber Polyolen besitzt oder ein über freie NCO-Gruppen verfügendes, auf diesen monomeren Diisocyanaten aufgebautes Prepolymer

und

(B) ein Polyol oder Polyolgemisch

wobei das Verhältnis von A zu B so gewählt wird, dass das molare Verhältnis von NCO zu OH > 1 beträgt, und anschließend wird das Umsetzungsprodukt aus (A) und (B) mit einem Isocyanat- terminierten Prepolymer gemischt, welches einen Gehalt an freiem monomeren Isocyanat von < 1 Gew.-%, bevorzugt < 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt < 0,1 Gew.-% verfügt.

Gegenstand der Erfindung sind auch Zubereitungen, welche die erfindungsgemäßen reaktiven Polyurethansysteme enthalten, und die Verwendung der erfindungsgemäßen reaktiven Polyurethansysteme oder Zubereitungen beispielsweise in Dichtstoffen, Beschichtungen, Schaumstoffen, sowie in Klebstoffen, insbesondere in Schmelzklebstoffen. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfin- dung ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen reaktive Polyurethansysteme und/oder Zubereitungen.

Isocyanatkomponente A):

Als Isocyanatkomponente A) geeignete Isocyanate sind beispielsweise solche mit Isocyanatgehal- ten von 5 bis 60 Gew.-% (bezogen auf das Isocyanat) mit aliphatisch, cycloaliphatisch, aralipha- tisch und/oder aromatisch gebundenen Isocyanatgruppen, wie z.B. 1 ,4-Diisocyanatobutan, 1 ,6- D i i s o c y an at o h e x an ( H D I ) , 2-Methyl-l,5-diisocyanatopentan, l,5-Diisocyanato-2,2- dimethylpentan, 2,2,4- bzw. 2,4,4-Trimethyl-l,6-diisocyanatohexan, 1 , 10-Diisocyanatodecan, 1,3- und 1 ,4-Diisocyanatocyclohexan, 1,3- und l ,4-Bis-(isocyanatomethyl)-cyclohexan, 1 -Isocyanato- 3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcycloh e x a n ( I s ophorondiisocyanat, IPDI), 4,4'-

Diisocyanatodicyclohexylmethan, l-Isocyanato-l-methyl-4(3)isocyanatomethylcyclohexan, Bis- (isocyanatomethyl)-norbornan, 1 ,3- und l ,4-Bis-(2-isocyanato-prop-2-yl)-benzol (TMXDI), 2,4- und/oder 2,6-Diisocyanatotoluol (TDI), 2,2'-, 2,4'- und/oder 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan (MDI), 1,5-Diisocyanatonaphthalin, 1,3- und l,4-Bis-(isocyanatomethyl)-benzol oder Mischungen dieser. Selbstverständlich können auch Polyisocyanate verwendet werden.

Als Diiscocyanatkomponente A) bevorzugte Diisocyanate sind solche, die über unterschiedlich reaktive NCO-Gruppen verfügen. Beispiele solcher Komponenten sind l-Isocyanato-3,3,5- trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (Is ophorondiisocyanat, IPDI), 2,4-Diisocyanatotoluol (TDI) oder 2,4'-Diisocyanatodiphenylmethan (MDI). Als Diiscocyanatkomponente A) besonders bevorzugtes Diisocyanat ist 2,4'-Diisocyanatodi- phenylmethan (MDI).

Polyolkomponente B):

Unter einem Polyol wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Polyol mit mehr als einer OH-Gruppe, bevorzugt zwei endständigen OH-Gruppen verstanden. Solche Polyole sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt werden Polyesterpolyole. Sie können auf bekanntem Wege hergestellt werden, beispielsweise aus aliphatischen Hydroxycarbonsäuren oder aus aliphatischen und/oder aromatischen Dicarbonsäuren und einem oder mehreren Diolen. Es können auch entsprechende Derivate eingesetzt werden, wie z.B. Lactone, Ester von niederen Alkoholen oder Anhydride. Beispiele für geeignete Ausgangsprodukte sind Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azel- ainsäure, Sebazinsäure, Dodecandisäure, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Phthalsäure, Isophthal- säure, Terephthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1 ,4-Butandiol, 1,6- Hexandiol, Neopentylglykol, ε-Caprolacton. Polyesterpolyole sind bei Raumtemperatur entweder flüssig (Glasübergangstemperatur Tg < 20°C) oder fest. Bei Raumtemperatur feste Polyesterpolyole sind dabei entweder amorph (Glasübergangstemperatur Tg > 20°C) oder kristallisierend.

Geeignete kristallisierende Polyester sind beispielsweise solche auf Basis linearer aliphatischer Dicarbonsäuren mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen, bevorzugt mindestens 6 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt 6 bis 14 Kohlenstoffatomen im Molekül wie z.B. Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und Dodecandisäure, vorzugsweise Adipinsäure und Dodecandisäure und linearen Diolen mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen, bevorzugt mindestens 4 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt 4 - 6 Kohlenstoffatomen im Molekül, vorzugsweise mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen wie beispielsweise 1 ,4-Butandiol und 1,6-Hexandiol. Ebenso sind die Polyca- prolactonderivate basierend auf bifunktionellen Startmolekülen wie beispielsweise 1 ,6-Hexandiol als besonders geeignet zu nennen.

Geeignete amorphe Polyesterpolyole sind beispielsweise solche auf Basis von Adipinsäure, Isoph- thalsäure, Terephthalsäure, Ethylenglykol, Neopentylglykol und 3-Hydroxy-2,2-dimethylpropyl-3- hydroxy-2,2-dimethylpropanoat.

Geeignete bei Raumtemperatur flüssige Polyesterpolyole sind beispielsweise solche auf Basis von Adipinsäure, Ethylenglykol, 1 ,6-Hexandiol und Neopentylglykol.

Als Polyetherpolyol geeignet sind die in der Polyurethan-Chemie üblichen Polyether, wie beispielsweise die unter Verwendung von zwei- bis sechswertigen Startermolekülen wie beispielswei- se Wasser, Ethylenglykol, 1,2- oder 1,3-Propylenglykol, Neopentylglykol, Glycerin, Trimethylolp- ropan, Pentaerythrit, Sorbit oder 1- bis 4-NH-Bindungen aufweisenden Aminen hergestellten Addi- tions- oder Mischadditionsverbindungen des Tetrahydrofurans, Styroloxids, Ethylenoxids, Propy- lenoxids, der Butylenoxide oder des Epichlorhydrins, vorzugsweise des Ethylenoxids und/oder des Propylenoxids. Vorzugsweise sind die bifunktionellen Propylenoxid- und/oder Ethylenoxid- Addukte sowie Polytetrahydrofuran zu nennen. Solche Polyetherpolyole und ihre Herstellung sind dem Fachmann bekannt.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen reaktiven Polyurethansysteme und/oder Zubereitungen erfolgt beispielsweise derart, dass die Polyolkomponenten B) mit einem Überschuss an Polyiso- cyanaten A) vermischt werden, wobei das Verhältnis von A zu B so gewählt wird, dass das molare Verhältnis von NCO zu OH > 1 , bevorzugt von 1 ,1 bis 2,0, besonders bevorzugt von 1 ,2 bis 1,8 beträgt, und bis zum Erhalt eines konstanten NCO-Wertes gerührt wird, dann ein isocyanattermi- niertes Prepolymer, welches über einen Gehalt an freiem Isocyanat von < 1 Gew.-%, bevorzugt < 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,1 Gew.-% verfügt, zu gemischt und dann abgefüllt wird. Als Reaktionstemperatur werden 60 bis 150°C, vorzugsweise 80 bis 130°C, gewählt.

Selbstverständlich kann die Herstellung der reaktiven Polyurethansysteme und/oder Zubereitungen auch kontinuierlich in einer Rührkesselkaskade oder geeigneten Mischaggregaten, wie beispielsweise schnelldrehenden Mischern nach dem Rotor- Stator-Prinzip oder einem Statikmischer, erfolgen.

Es ist selbstverständlich möglich, die Polyester- und/oder Polyetherpolyole oder einen Teil derselben mit einem Unterschuss an Diisocyanaten, vorzugsweise 1 ,6-Diisocyanatohexan (HDI), 2,4- und/oder 2,6-Diisocyanatotoluol (TDI) und/oder 2,4'- und/oder 4,4'- Diisocyanatodiphenylmethan (MDI), zu modifizieren und nach beendeter Reaktion die urethangruppenhaltigen Polyole mit einem Überschuss von Diisocyanaten zu einem Isocyanatgruppen enthaltendem Hotmelt umzusetzen.

Ebenso ist es möglich, die Umsetzung der Polyole mit den Diisocyanaten in Gegenwart von bis zu 5 Gew.-% von beispielsweise Trimerisaten aliphatischer Diisocyanate, wie z.B. HDI, durchzuführen oder solche Trimerisate nach beendeter Prepolymerisation zuzusetzen.

Die Umsetzung der Polyole mit den Diisocyanaten kann bei Bedarf auch in Gegenwart von Kataly- satoren stattfinden. In Frage kommen dabei die dem Fachmann bekannten, üblicherweise in der Polyurethanchemie eingesetzten Katalysatoren.

Die Zubereitungen können neben den erfindungsgemäßen reaktiven Polyurethansystemen und/oder Zubereitungen noch mit üblichen Additiven versehen sein. Entsprechende Additive können beispielsweise ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus die Reaktion mit Feuchtigkeit akti- vierenden Katalysatoren, weiteren anorganischen oder organischen Füllstoffen, Farbstoffen, Harzen, reaktiven und nichtreaktiven Polymeren und Streckölen.

Die erfindungsgemäßen reaktiven Polyurethansysteme und/oder Zubereitungen können vielfältig eingesetzt werden, beispielsweise in Dichtstoffen, Beschichtungen, Schaumstoffen, in Klebstoffen, insbesondere in Schmelzklebstoffen, als Montageklebstoff beispielsweise zur vorläufigen oder endgültigen Fixierung von Bauteilen, als Buchbindeklebstoff, als Klebstoff für die Herstellung von Kreuzbodenventilsäcken, zur Herstellung von Verbundfolien und Laminaten oder als Kantenum- leimer eingesetzt werden können. Beispiele

Sofern nicht abweichend vermerkt beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewichtsprozent.

In den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden die folgenden Rohstoffe verwendet:

Polyester A:

Polyesterpolyol auf Basis von Adipinsäure und 1,6-Hexandiol mit einer Hydroxylzahl von etwa 30 mg KOH/g und einer Säurezahl von etwa 0,5 mg KOH/g. Die Herstellung erfolgt in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise und ist z.B. beschrieben in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, "Polyester", 4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim, 1980.

Polyester B:

Polyesterpolyol auf Basis von Adipinsäure, Isophthalsäure, Neopentylglykol und Ethylenglykol mit einer Hydroxylzahl von etwa 55 mg KOH/g und einer Säurezahl von etwa 0,5 mg KOH/g. Die Herstellung erfolgt in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise und ist z.B. beschrieben in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, "Polyester", 4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim, 1980. Polyester C:

Polyesterpolyol auf Basis von 1,12-Dodecandisäure und 1,6-Hexandiol mit einer Hydroxylzahl von etwa 30 mg KOH/g und einer Säurezahl von etwa 1,0 mg KOH/g. Die Herstellung erfolgt in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise und ist z.B. beschrieben in Ullanns Enzyklopädie der technischen Chemie, "Polyester", 4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim, 1980. Polyether A

Desmophen ® 1262 BD, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE.

Isocyanat 1-1 :

Desmodur ® 44M, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE.

Isocyanat 1-2:

Desmodur ® E XP 2715, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE.

Isocyanat 1-3:

Desmodur ® VP LS 2397, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE. Stabilisator A

Irganox ® 1010, Ciba Speciality Chemicals Inc., Basel, CH. Herstellung des Vergleichbeispiels 1:

Das Vergleichsbeispiel 1 entspricht einer Zubereitung wie sie üblicherweise für die Anwendung der Buchbinderei verwendet wird.

In einem 2 L-Planschliff echer werden die in Tabelle 1 angegebenen Anteile an Polyol vorgelegt, bei 130 °C aufgeschmolzen und dann lh bei 130 °C und 15 mbar (+/- 10 mbar) Unterdruck entwässert. Das entwässerte Polyol wird dann mit der entsprechenden Menge an Isocyanat umgesetzt. Nach ca. 20 min werden die Produkte in Alukartuschen abgefüllt und diese Luftdicht verschlossen. Die Kartuschen werden dann 4h bei 100 °C im Umlufttrockenschrank getempert. Es entsteht ein Produkt mit einer Viskosität von 5000 mPas (bei 130 °C), einem NCO-Gehalt von 2,24 Gew.-% und einem Restmonomergehalt von 3,00 Gew.-%.

Tabelle 1 : Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 1

Isocyanat 1-1 15,25 Gew.-%

Polyester A 32,50 Gew.-%

Polyester B 32,50 Gew.-%

Polyester C 16,20 Gew.-%

Polyether A 3,25 Gew.-%

Stabilisator A 0,30 Gew.-%

Herstellung des erfindungsgemäßen Beispiel 1:

In einem 2 L-Planschliffbecher werden die in Tabelle 2 angegebenen Anteile an Polyol vorgelegt, bei 130 °C aufgeschmolzen und dann lh bei 130 °C und 15 mbar (+/- 10 mbar) Unterdruck entwässert. Das entwässerte Polyol wird dann mit der entsprechenden Menge an Isocyanat 1-2 umgesetzt. Nach ca. 20 min wird Isocyanat 1-3 zugesetzt und ca. 10 min homogenisiert. Anschließend wird das Produkt in Alukartuschen abgefüllt und diese Luftdicht verschlossen. Die Kartuschen werden dann 4h bei 100 °C im Umlufttrockenschrank getempert. Es entsteht ein Produkt mit einer Viskosität von 3100 mPas (bei 130 °C), einem NCO-Gehalt von 2,26 Gew.-% und einem Restmonomergehalt von < 0,1 Gew.-%.

Die Zusammensetzung von Beispiel 1 ist Äquivalent zum Vergleichsbeispiel 1.

Tabelle 2: Zusammensetzung des Beispiels 1

Zur Charakterisierung der reaktiven Polyurethan-Hotmelts eingesetzte Methoden:

Zur Bestimmung der Viskosität werden die Produkte, welche in Alu-Kartuschen abgefüllt sind, in einem Umluftheizschrank bei ca. 125 °C ca. 30 min lang aufgeschmolzen und dann auf die jeweilige Messtemperatur gebracht. Die Charakterisierung der viskoelastischen Eigenschaften der reaktiven Polyurethan-Hotmelts erfolgt mit dem MCR 301 Rheometer der Firma Anton-Paar. Verwendet wurde das Spindel/Messbechersystem Z4 und CC27. Die Viskosität wurde scherratenabhängig aufgenommen und über den Carreau-Yasuda Algorithmus ausgewertet. Der NCO Gehalt wurde nach DIN EN 1242 bestimmt.

Zur Ermittlung der OZ wird der Schmelzklebstoff auf die in Tabellen 3 und 4 angegebene Temperatur gebracht und nach vollständigem Aufschmelzen als Klebstoffraupe aufgezogen. Der Zeitpunkt, an dem die Raupe fertig aufgetragen ist gilt als Nullpunkt der Zeitmessung. In regelmäßigen Zeitabständen (von 5 Sekunden bis zu 1 Minute je nach OZ des zu untersuchenden Schmelzkleb- Stoffes) werden sukzessive Tonpapierstreifen mit leichtem Druck auf die Raupe aufgedrückt. Nach Abkühlen der Raupe auf Zimmertemperatur werden die Streifen vom Untergrund abgerissen. Die längste Zeit, bei der die Klebung nur unter Materialbruch gelöst werden kann, gilt als OZ. Zur Ermittlung der AZ wird der Schmelzklebstoff auf die in Tabellen 3 und 4 angegebene Temperatur erwärmt und nach vollständigem Aufschmelzen als Klebstoffraupe aufgezogen. Sofort nach Raupenauftrag wird ein langes, in regelmäßigen Abständen halb eingeschnittenes Tonpapier auf die Raupe mit leichtem Druck aufgedrückt. Dieser Zeitpunkt gilt als Nullpunkt der Zeitmessung. In regelmäßigen Zeitabständen werden sukzessive Tonpapierstreifen von der Raupe abgezogen. Die Zeit, bei der die Klebung nur unter Materialbruch gelöst werden kann, gilt als AZ.

Die Bestimmung des Gehalts an freiem monomerem Diisocyanat erfolgte mittels Gelpermeations- chromatographie (GPC). Die Messung wurde bei Raumtemperatur durchgeführt. Als Elutionsmittel diente THF, die Flussrate betrug 1 ml/min und das Injektionsvolumen 50 μΐ. Als Trennsäulen dien- ten mit 5 μιη Trennmaterial gepackte GPC-Säulen mit einer Porosität von 500 Ä, wie sie z.B. von der Fa. MZ-Analysentechnik, Mainz unter der Bezeichnung MZ-Gel SD-plus erhältlich sind. Die Gesamtlänge der Trennsäulen beträgt 120 cm. Als Detektor wurde ein Brechungsindex-Detektor eingesetzt.

Ergebnisse:

Tabelle 3 : OZ und AZ des Vergleichsbeispiels 1 und des erfindungsgemäßen Beispiels 1

Man erkennt deutlich, dass sich durch Absenken der Applikationstemperatur des Beispiels 1 die OZ und die AZ auf das Niveau des Vergleichsbeispiel 1 reduzieren lassen. Für den Anwender stellt dies ein Vorteil hinsichtlich Zeitaufwand, Energiekosten und Arbeitsplatzhygiene dar.