Was ist Polyesterpolyol?

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Im weiteren Sinne umfassen Polyesterpolyole konventionelle Polyesterpolyole, Polycaprolactonpolyole sowie Polycarbonatdiole; alle enthalten Estergruppen (COO) oder Carbonatgruppen (OCOO). In der Praxis bezeichnet der Begriff „Polyesterpolyol“ jedoch in der Regel Polyesterpolyole, die durch Polykondensationsreaktionen unter Beteiligung von Dicarbonsäuren und Diolen hergestellt werden.

Konventionelle Polyesterpolyole

Polyester Polyol ist einer der Hauptrohstoffe für Polyesterpolyurethane und lässt sich je nach Vorhandensein von Benzolringen in aliphatische und aromatische Polyole unterteilen. Dabei bestehen aliphatische Polyole hauptsächlich aus adipinsäurebasierten Polyesterdiolen.

Polyesterdiole auf Basis von Adipinsäure

Gängige aliphatische Polyesterpolyole sind in erster Linie Polyesterdiole, die im Allgemeinen durch Polykondensation von Adipinsäure (bei einer kleinen Anzahl von Produkten wird auch Sebacinsäure verwendet) mit einem oder mehreren Diolen, etwa Ethylenglykol, Propylenglykol, hergestellt werden. 1,4-Butandiol , oder Diethylenglykol (d. h. Diethylenglykol).

Physikalische und chemische Eigenschaften

Polyesterdiole sind bei Raumtemperatur milchig-weiße, wachsartige Feststoffe oder farblose bis blassgelbe viskose Flüssigkeiten. Fester Polyester weist einen Schmelzpunkt von 25–50 °C auf und geht nach Erwärmung in eine viskose Flüssigkeit über. Er ist in Wasser nur wenig löslich. Die Säurezahl von Polyestern liegt im Allgemeinen unter 1,0 mg KOH/g.
Polyesterpolyole sind im Wesentlichen ungiftig; gelangen sie jedoch versehentlich in die Augen oder spritzen auf die Haut, sind sie unverzüglich mit Leitungswasser abzuspülen. Längerer Hautkontakt kann zu leichten Reizungen führen; beim Umgang wird empfohlen, Schutzbrille und Handschuhe zu tragen.
Die chemische Industrienorm HG/T 2707—1995 „Spezifikationen für Polyesterpolyole“ legt die physikalisch‑chemischen Leistungsindikatoren für mehrere Typen adipinsäurebasierter Polyesterpolyole fest und übernimmt die von der Industrienorm empfohlene Nomenklatur für Polyester. Gegenwärtig entsprechen oder übertreffen die Farbzahl und die Säurezahl der von den meisten Herstellern produzierten Polyesterpolyole diesen Spezifikationen.

Zubereitungsmethoden

Die Synthese von Polyester gliedert sich in zwei Hauptstufen. In der ersten Stufe werden Dicarbonsäuren und Diole (sowie Spurenkatalysatoren) in den Reaktor eingeführt, und bei 140–220 °C werden Veresterungs- und Kondensationsreaktionen durchgeführt. Die Kopftemperatur des Destillationsturms (der Kolonne) wird auf 100–102 °C geregelt, wobei der überwiegende Teil des anfallenden Nebenprodukts Wassers unter Atmosphärendruck verdampft wird. Anschließend wird der Säurewert bei 200–230 °C für 1–2 Stunden im Allgemeinen auf 20–30 mg KOH/g gesenkt. Die zweite Stufe umfasst das Evakuieren und die schrittweise Erhöhung des Vakuumgrades, um unter reduziertem Druck Spuren von Wasser sowie überschüssige Diole abzutrennen und die Reaktion zur Bildung von Polyesterpolyolen mit niedrigem Säurewert voranzutreiben; diese Methode wird als „Vakuum-Schmelzverfahren“ bezeichnet. Alternativ kann man kontinuierlich Inertgase wie Stickstoff zuführen, um das Wasser zu transportieren; dies nennt man das „Trägergas‑Schmelzverfahren“. Zudem ist es möglich, azeotrope Lösungsmittel wie Toluol in das Reaktionssystem einzubringen und das entstehende Wasser während des Toluol‑Rückflusses mithilfe eines Wasserabscheiders langsam abzutrennen. Diese Methode wird als „azeotrope Destillation“ bezeichnet.

Eigenschaften und Anwendungen

Polyesterpolyurethan verfügt über eine große Anzahl polarer Gruppen, wie Ester‑ und Urethangruppen, und zeichnet sich durch eine hohe Kohäsions‑ und Haftfestigkeit sowie durch hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und weitere Eigenschaften aus. Daher werden aliphatische Polyesterdiole häufig bei der Herstellung von Gießpolyurethan‑Elastomeren, thermoplastischen Polyurethan‑Elastomeren, mikroporösen Polyurethan‑Schuhsohlen, PU‑Lederharzen, Polyurethan‑Klebstoffen, Polyurethan‑Tinten und Pasten, Gewebebeschichtungen usw. eingesetzt.
Polyesterdiole, hergestellt aus Adipinsäure und 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol , oder Ethylenglykol sind wachsartige Feststoffe; die daraus entstehenden Polyurethan-Elastomere weisen eine hohe Kristallinität und eine starke Anfangshaftung auf. Polyester wie PMA und PPA, die aus Diolen mit Seitengruppen hergestellt werden, sind bei Raumtemperatur flüssig und flexibel; sie finden Anwendung in Tinten, weichem Leder und anderen Bereichen. PMA verfügt über eine gute hydrolytische Stabilität.

Aromatische Polyesterpolyole

Aromatische Polyesterpolyole sind Polyesterpolyole, die Benzolringe enthalten; im Allgemeinen werden damit Polyesterpolyole bezeichnet, die aus aromatischen Dicarbonsäuren (oder Anhydriden, Estern) und Diolen (oder Polyolen) als Ausgangsstoffe synthetisiert werden. Die Ausgangsstoffe für Polyester sind in der Regel Phthalsäureanhydrid (PA), Terephthalsäure (PTA), Isophthalsäure (IPA) usw. Die häufig verwendeten Diol-Rohstoffe sind Diethylenglykol (DEG); daneben können auch andere Diole eingesetzt werden. Durch die Zugabe einer geringen Menge Polyol lassen sich den Polyesterpolyolmolekülen verzweigte Strukturen verleihen.

Die in der Polyurethanindustrie eingesetzten aromatischen Polyesterpolyole sind derzeit überwiegend Phthalsäureanhydrid-Polyesterpolyole. Darüber hinaus werden Terephthalat-Polyesterpolyole durch Veresterungsreaktionen zwischen Polyesterabfällen, PTA-Rückständen und weiteren Rohstoffen wie Diethylenglykol hergestellt; zudem entstehen mittel- bis hochmolekulare aromatische Copolyester-Diol‑Verbindungen durch die Kondensation von Dicarbonsäuren wie Terephthalsäure, Isophthalsäure, Adipinsäure , und Sebazinsäure mit Diolen wie Ethylenglykol, Diethylenglykol und Neopentylglykol.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Aromatische Polyesterpolyole sind blassgelbe bis rötlichbraune, viskose, transparente Flüssigkeiten. Sie sind stabil, weisen einen schwachen aromatischen Geruch auf, sind ungiftig und nicht ätzend, in Wasser unlöslich und mit den meisten organischen Verbindungen hervorragend verträglich. Sie sind nicht entflammbar und nicht explosiv. Aromatische Polyole bestehen überwiegend aus Polyesterdiolen, deren funktionelle Gruppenzahl im Allgemeinen zwischen 2 und 3 liegt. Die Viskosität aromatischer Polyesterdiole ist höher als die von aliphatischen Polyesterdiolen gleichen Molekulargewichts.

Zubereitungsmethoden

Das Herstellungsverfahren aromatischer Polyesterpolyole ähnelt dem der aliphatischen Polyesterpolyole, mit der Ausnahme, dass Phthalsäureanhydrid als Hauptdicarbonsäurekomponente eingesetzt wird und während des Kondensationsprozesses weniger Wasser entsteht. Die meisten aromatischen Polyesterpolyole weisen hohe Hydroxylwerte auf, und bei ihrer Synthese liegt ein relativ hoher Überschuss an Alkoholrohstoffen gegenüber den Säuren vor.
Aromatische Polyesterpolyole können durch eine Esteraustauschreaktion zwischen Polyesterabfällen, PTA-Rückständen und Diethylenglykol hergestellt werden. Aufgrund seiner geringen Kosten ist es äußerst wettbewerbsfähig.

Eigenschaften und Anwendungen

Polyurethan, hergestellt aus aromatischem Polyester, weist eine hervorragende Hydrolysebeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Haftfestigkeit auf.

Phthalsäureanhydrid-Polyesterpolyol und aromatisches Polyesterpolyol, die aus Alt‑Polyester bzw. Alt‑PTA hergestellt werden, finden in der Regel zur Herstellung von Hart‑PU‑Schaum Anwendung. Die Flammhemmung von Hartschaum auf Basis eines aromatischen Polyesterpolyols mit hohem Hydroxylwert ist besser als diejenige auf Basis eines Polyetherpolyols. In der PU‑Schaum‑Kunststoffindustrie werden aromatische Polyesterpolyole häufig eingesetzt, um in Formulierungen für PU‑Schaum‑Kunststoffe sowie für Hartschaum‑Kunststoffe auf Basis von Polyisocyanat einen Teil oder sogar sämtliche Polyetherpolyole zu ersetzen. Das Beimischen von bestimmten aromatischen Polyesterpolyolen zur Rezeptur von Kühlschrankkombinationen im Winter kann zudem die Zähigkeit und Haftfestigkeit des Schaums erhöhen. Phthalsäureanhydrid‑Polyesterpolyol ist insbesondere für Polyisocyanurat‑(PIR‑)Schaum geeignet. Der darin enthaltene hohe Anteil an Benzolringen verbessert nicht nur die Hitzebeständigkeit des Schaums, sondern steigert auch die Flammhemmung der Produkte.
Eine oder beide der Dicarbonsäuren, etwa Terephthalsäure, Isophthalsäure, Adipinsäure, Decandisäure sowie weitere Dicarbonsäuren; sowie ein oder zwei der Diole, etwa Ethylenglykol, Diethylenglykol, Neopentylglykol und Methylpropanediol. Diese aromatischen Copolyesterdiole mittlerer bis hoher Molmasse werden im Allgemeinen zur Herstellung von Zweikomponenten‑Lösungsmittelklebstoffen eingesetzt, die üblicherweise in Verbundfolien für flexible Lebensmittelverpackungen sowie in Aluminium‑Kunststoff‑Laminaten Verwendung finden.