[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von poromeren Kunstledern,
bei dem man
I) ein im wesentlichen porenfreies Imprägnat herstellt, indem man ein textiles Flächengebilde
mit einer wässerigen Polyurethandispersion imprägniert, trocknet und
II) aus dem Imprägnat ein poromeres Kunstleder herstellt, indem man auf das Imprägnat
eine wässerige Lösung einer Brönsted-Base einwirken läßt.
[0002] Weiterhin betrifft die Erfindung diese poromeren Kunstleder selbst.
[0003] Poromere Kunstleder sollen, was ihr Eigenschaftsspektrum betrifft, dem von hochwertigen
natürlichen Lederarten, insbesondere Wildleder, möglichst nahekommen. Dies betrifft
vor allem Eigenschaften wie eine gute Wasserdampfdurchlässigkeit, eine hohe Reißfestigkeit
sowie angenehme haptische Eigenschaften.
[0004] Die Herstellung von poromerem Kunstleder ist allgemein bekannt (vgl. Kunststoffhandbuch,
Carl Hanser Verlag, München , Wien, Bd. 7: Polyurethane, 3. Auflage 1993, Kapitel
10.2.1.4). Den vorbekannten Verfahren ist gemein, daß die Kunstleder aus Lösungen
oder Dispersionen von Polyurethanen hergestellt werden, die organische Lösungsmittel
enthalten. Beispielsweise wird beim sog. Koagulationsverfahren ein textiles Flächengebilde
mit einer organischen Lösung eines Polyurethans, ggfls. im Gemisch mit einer Polyurethandispersion
und ggfls. einem Polyelektrolyt imprägniert und das so vorbehandelte Flächengebilde
nacheinander durch mehrere Bäder mit Mischungen aus Dimethylformamid und Wasser mit
abnehmender Dimethylformamid-Konzentration geführt.
[0005] Eine Variante dieses Verfahrens, die zu textilen Artikeln mit besonders angenehmem,
lederartigem Griff führt, ist in der JP 09/18 89 75 beschrieben. Hier wird ein Polyester-Vlies
mit einer Lösung eines thermoplastischen Polyurethans in DMF/Toluol imprägniert und
anschließend mit wäßriger Natronlauge behandelt. Man erhält ein Kunstleder mit der
Flexibilität natürlichen Leders.
[0006] Nachteilig an diesen Verfahren ist, daß große Mengen Abluft oder Abwasser, die organische
Lösungsmittel enthalten und umständlich aufbereitet werden müssen, anfallen.
[0007] Es bestand daher die Aufgabe, poromere Kunstleder bereitzustellen, welche sich bezüglich
ihrer Gebrauchseigenschaften möglichst wenig von natürlichen Lederarten unterscheiden
und mit geringerem technischen Aufwand als vorbekannte poromere Kunstleder herstellbar
sind.
[0008] Demgemäß wurden die eingangs beschriebenen poromeren Kunstleder sowie die Verfahren
zu deren Herstellung gefunden.
[0009] Zur Herstellung der poromeren Kunstleder werden textile Flächengebilde eingesetzt,
bei denen es sich um gewobene oder nicht gewobene Textilien mit einem Flächengewicht
von 100 bis 1000 g/m2, besonders bevorzugt 250 bis 500 g/m
2 handelt.
[0010] Als Materialien, aus denen die textilen Flächengebilde hergestellt werden, eignen
sich besonders die üblichen zu Fasern ausziehbaren Polymere, also beispielsweise Polyamide,
Polyurethane, Polypropylen, Polyethylen, Polyacrylnitril und besonders bevorzugt Polyester.
Auch Naturfasern wie z.B. Wolle, Baumwolle, Viskose oder Seide sind verwendbar.
[0011] Bei den Polyestern handelt es sich bevorzugt um Poly(ethylenterephthalat), Poly(tetramehylenterephthalat)
oder Poly(-1,4-dimethylencyclohexanterephthalat).
[0012] Ganz besonders bevorzugt sind Polyestervliesstoffe, die vernadelt sein können.
[0013] Deartige Fasern sind allgemein bekann und beispeilsweise in Ullmann's Encyclopedia
of Industrial Chemistry, VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim, fith edition,
Volume A 10, Kapitel Fibers, 4 beschrieben.
[0014] Als Imprägniermittel zur Herstellung der Imprägnate dienen Polyurethandispersionen.
Geeignete Polyurethandispersionen sind allgemein bekannt und beispielsweise in Kunststoffhandbuch,
Carl Hanser Verlag, München , Wien, Bd. 7: Polyurethane, 3. Auflage 1993, Kapitel
2.3.3 beschrieben. Neben Polyurethandispersionen, die Polyurethane enthalten, die
mit Hilfe von Emulgatoren oder Schutzkolloiden dispergiert sind, eignen sich insbesondere
sog. selbstdispergierbare Polyurethane, wobei die Selbstdispergierbarkeit durch den
Einbau jonisch- oder nichtionisch-hydrophiler Gruppen erreicht wird. Letztere sind
vorzugsweise aufgebaut aus
- a1)
- Diisocyanaten mit 4 bis 30 C-Atomen,
- a2)
- Diolen, von denen
- a2.1)
- 10 bis 100 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Diole
- (a2),
- ein Molekulargewicht von 500 bis 5000 aufweisen, und
- a2.2)
- 0 bis 90 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Diole
- (a2),
- ein Molekulargewicht von 60 bis 500 g/mol aufweisen,
- a3)
- von den Monomeren (a1) und (a2) verschiedene Monomere mit wenigstens einer Isocyanatgruppe
oder wenigstens einer gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Gruppe, die darüberhinaus
wenigstens eine hydrophile Gruppe oder eine potentiell hydrophile Gruppe tragen, wodurch
die Wasserdispergierbarkeit der Polyurethane bewirkt wird,
- a4)
- gegebenenfalls weiteren von den Monomeren (a1) bis (a3) verschiedenen mehrwertigen
Verbindungen mit reaktiven Gruppen, bei denen es sich um alkoholische Hydroxylgruppen,
primäre oder sekundäre Aminogruppen oder Isocyanatgruppen und
- a5)
- gegebenenfalls von den Monomeren (a1) bis (a4) verschiedenen einwertigen Verbindungen
mit einer reaktiven Gruppe, bei der es sich um eine alkoholische Hydroxylgruppe, eine
primäre oder sekundäre Aminogruppe oder eine Isocyanatgruppe handelt.
[0015] Als Monomere (a1) kommen die üblicherweise in der Polyurethanchemie eingesetzten
Diisocyanate in Betracht.
[0016] Insbesondere zu nennen sind Diisocyanate X(NCO)
2, wobei X für einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen,
einen cycloaliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen
oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen steht.
Beispiele derartiger Diisocyanate sind Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat,
Dodecanethylendiisocyanat, 1,4-Diisocyanatocyclohexan, 1-Isocyanato-3,5,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan
(IPDI), 2,2-Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)-propan, Trimethylhexandiisocyanat, 1,4-Diisocyanatobenzol,
2,4-Diisocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan,
2,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, p-Xylylendiisocyanat, Tetramethylxylylendiisocyanat
(TMXDI), die Isomeren des Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)methans (HMDI) sowie aus diesen
Verbindungen bestehende Gemische.
[0017] Als Gemische dieser Isocyanate sind besonders die Mischungen der jeweiligen Strukturisomeren
von Diisocyanatotoluol und Diisocyanato-diphenylmethan von Bedeutung, insbesondere
ist die Mischung aus 80 mol-% 2,4 Diisocyanatotoluol und 20 mol-% 2,6-Diisocyanatotoluol
geeignet. Weiterhin sind die Mischungen von aromatischen Isocyanaten wie 2,4 Diisocyanatotoluol
und/oder 2,6-Diisocyanatotoluol mit aliphatischen oder cycloaliphatischen Isocyanaten
wie Hexamethylendiisocyanat oder IPDI besonders vorteilhaft, wobei das bevorzugte
Mischungsverhältnis der aliphatischen zu aromatischen Isocyanate 4 : 1 bis 1 : 4 beträgt.
[0018] Im Hinblick auf gute Filmbildung und Elastizität kommen als Diole (a2) vornehmlich
höhermolekulare Diole (a2.1), die ein Molekulargewicht von etwa 500 bis 5000, vorzugsweise
von etwa 1000 bis 3000 g/mol haben.
[0019] Bei den Diolen (a2.1) handelt es sich insbesondere um Polyesterpolyole, die z.B.
aus Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 19, S. 62 bis 65
bekannt sind. Bevorzugt werden Polyesterpolyole eingesetzt, die durch Umsetzung von
zweiwertigen Alkoholen mit zweiwertigen Carbonsäuren erhalten werden. Anstelle der
freien Polycarbonsäuren können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder
entsprechende Polycarbonsäureester von niederen Alkoholen oder deren Gemische zur
Herstellung der Polyesterpolyole verwendet werden. Die Polycarbonsäuren können aliphatisch,
cycloaliphatisch, araliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch sein und gegebenenfalls,
z.B. durch Halogenatome, substituiert und/oder ungesättigt sein. Als Beispiele hierfür
seien genannt: Korksäure, Azelainsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäureanhydrid,
Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid,
Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Alkenylbernsteinsäure,
Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, dimere Fettsäuren. Bevorzugt sind Dicarbonsäuren
der allgemeinen Formel HOOC- (CH
2)
y-COOH, wobei y eine Zahl von 1 bis 20, bevorzugt eine gerade zahl von 2 bis 20 ist,
z.B. Bernsteinsäure, Adipinsäure, Dodecandicarbonsäure und Sebacinsäure.
[0020] Als mehrwertige Alkohole kommen z.B. Ethylenglykol, Propan-1,2-diol, Propan-1,3-diol,
Butan-1,3-diol, Buten-1,4-diol, Butin-1,4-diol, Pentan-1,5-diol, Neopentylglykol,
Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexane wie 1,4-Bis-(hydroxymethyl)cyclohexan, 2-Methyl-propan-1,3-diol,
Methylpentandiole, ferner Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykol,
Dipropylenglykol, Polypropylenglykol, Dibutylenglykol und Polybutylenglykole in Betracht.
Bevorzugt sind Alkohole der allgemeinen Formel HO-(CH
2)
x-OH, wobei x eine Zahl von 1 bis 20, bevorzugt eine gerade Zahl von 2 bis 20 ist.
Beispiele hierfür sind Ethylenglycol, Butan-1,4-diol, Hexan-1,6-diol, Octan-1,8-diol
und Dodecan-1,12- diol. Weiterhin bevorzugt sind Neopentylglykol und Pentandiol-1,5.
[0021] Ferner kommen auch Polycarbonat-Diole, wie sie z.B. durch Umsetzung von Phosgen mit
einem Überschuß von den als Aufbaukomponenten für die Polyesterpolyole genannten niedermolekularen
Alkohole erhalten werden können, in Betracht.
[0022] Geeignet sind auch Polyesterdiole auf Lacton-Basis, wobei es sich um Homo- oder Mischpolymerisate
von Lactonen, bevorzugt um endständige Hydroxylgruppen aufweisende Anlagerungsprodukte
von Lactonen an geeignete difunktionelle Startermoleküle handelt. Als Lactone kommen
bevorzugt solche in Betracht, die sich von Verbindungen der allgemeinen Formel HO-(CH
2)
z-COOH, ableiten, wobei z eine Zahl von 1 bis 20 ist und ein H-Atom einer Methyleneinheit
auch durch einen C
1- bis C
4-Alkylrest substituiert sein kann. Beispiele sind epsilon-Caprolacton, β-Propiolacton,
gamma-Butyrolacton und/oder Methyl-epsilon-caprolacton sowie deren Gemische.
[0023] Daneben kommen als Monomere (a2.1) Polyetherdiole in Betracht. Sie sind insbesondere
durch Polymerisation von Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Tetrahydrofuran,
Styroloxid oder Epichlorhydrin mit sich selbst, z.B. in Gegenwart von BF
3 oder durch Anlagerung dieser Verbindungen gegebenenfalls im Gemisch oder nacheinander,
an Startkomponenten mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, wie Alkohole oder Amine,
z.B. Wasser, Ethylenglykol, Propan-1,2-diol, Propan-1,3-diol, 1,2-Bis(4-hydroxydiphenyl)-propan
oder Anilin erhältlich. Besonders bevorzugt ist Polytetrahydrofuran eines Molekulargewichts
von 240 bis 5000, und vor allem 500 bis 4500.
[0024] Die Polyole können auch als Gemische im Verhältnis 0,1 : 1 bis 1:9 eingesetzt werden.
[0025] Die Härte und der Elastizitätsmodul der Polyurethane lassen sich erhöhen, wenn als
Diole (a2) neben den Diolen (a2.1) noch niedermolekulare Diole (a2.2) mit einem Molekulargewicht
von etwa 62 bis 500, vorzugsweise von 62 bis 200 g/mol, eingesetzt werden.
[0026] Als Monomere (a2.2) werden vor allem die Aufbaukomponenten der für die Herstellung
von Polyesterpolyolen genannten kurzkettigen Alkandiole eingesetzt, wobei die unverzweigten
Diole mit 2 bis 12 C-Atomen und einer gradzahligen Anzahl von C-Atomen sowie Pentan-1,5-diol
bevorzugt werden.
[0027] Bevorzugt beträgt der Anteil der Diole (a2.1), bezogen auf die Gesamtmenge der Diole
(a2) 10 bis 100 mol-% und der Anteil der Monomere (a2.2), bezogen auf die Gesamtmenge
der Diole (a2) 0 bis 90 mol-%. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis der Diole
(a2.1) zu den Monomeren (a2.2) 0,1 : 1 bis 5:1, besonders bevorzugt 0,2 : 1 bis 2
: 1.
[0028] Um die Wasserdispergierbarkeit der Polyurethane zu erreichen, sind die Polyurethane
neben den Komponenten (a1), (a2) und (a4) aus von den Komponenten (a1), (a2) und (a4)
verschiedenen Monomeren (a3), die wenigstens eine Isocyanatgruppe oder wenigstens
eine gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Gruppe und darüberhinaus wenigstens eine
hydrophile Gruppe oder eine Gruppe, die sich in eine hydrophile Gruppe überführen
läßt, tragen, aufgebaut. Im folgenden Text wird der Begriff "hydrophile Gruppen oder
potentiell hydrophile Gruppen" mit "(potentiell) hydrophile Gruppen" abgekürzt. Die
(potentiell) hydrophilen Gruppen reagieren mit Isocyanaten wesentlich langsamer, als
die funktionellen Gruppen der Monomere, die zum Aufbau der Polymerhauptkette dienen.
[0029] Der Anteil der Komponenten mit (potentiell) hydrophilen Gruppen an der Gesamtmenge
der Komponenten (a1), (a2), (a3) und (a4) wird im allgemeinen so bemessen, daß die
Molmenge der (potentiell) hydrophilen Gruppen, bezogen auf die Gewichtsmenge aller
Monomere (a1) bis (a4), 30 bis 1000, bevorzugt 50 bis 500 und besonders bevorzugt
80 bis 300 mmol/kg beträgt.
[0030] Bei den (potentiell) hydrophilen Gruppen kann es sich um nichtionische oder bevorzugt
um (potentiell) ionische hydrophile Gruppen handeln.
[0031] Als nichtionische hydrophile Gruppen kommen Polyalkylenoxid-Reste, insbesondere Polyethylenglycolether
aus vorzugsweise 5 bis 100, bevorzugt 10 bis 80 Ethylenoxid-Wiederholungseinheiten,
in Betracht. Der Gehalt an Polyethylenoxid-Einheiten beträgt im allgemeinen 0 bis
10, bevorzugt 0 bis 6 Gew.-%, bezogen auf die Gewichtsmenge aller Monomere (a1) bis
(a4).
[0032] Bevorzugte Monomere mit nichtionischen hydrophilen Gruppen sind Polyethylenoxiddiole,
Polyethylenoxidmonoole sowie die Reaktionsprodukte aus einem Polyethylenglykol und
einem Diisocyanat, die eine endständig veretherten Polyethylenglykolrest tragen. Derartige
Diisocyanate sowie Verfahren zu deren Herstellung sind in den Patentschriften US 3
905 929 und US 3 920 598 angegeben.
[0033] Ionische hydrophile Gruppen sind vor allem anionische Gruppen wie die Sulfonat-,
die Carboxylat- und die Phosphatgruppe in Form ihrer Alkalimetall- oder Ammoniumsalze
sowie kationische Gruppen wie Ammonium-Gruppen, insbesondere protonierte tertiäre
Aminogruppen oder quartäre Ammoniumgruppen.
[0034] Potentiell ionische hydrophile Gruppen sind vor allem solche, die sich durch einfache
Neutralisations-, Hydrolyse- oder Quaternisierungsreaktionen in die oben genannten
ionischen hydrophilen Gruppen überführen lassen, also z.B. Carbonsäuregruppen, Anhydridgruppen
oder tertiäre Aminogruppen.
[0035] (Potentiell) ionische Monomere (a3) sind z.B. in Ullmanns Encyklopädie der technischen
Chemie, 4. Auflage, Band 19, S.311-313 und beispielsweise in der DE-A 1 495 745 ausführlich
beschrieben.
[0036] Als (potentiell) kationische Monomere (a3) sind vor allem Monomere mit tertiären
Aminogruppen von besonderer praktischer Bedeutung, beispielsweise: Tris-(hydroxyalkyl)-amine,
N,N'-Bis(hydroxyalkyl)-alkylamine, N-Hydroxyalkyl-dialkylamine, Tris-(aminoalkyl)-amine,
N,N'-Bis(aminoalkyl)-alkylamine, N-Aminoalkyl-dialkylamine, wobei die Alkylreste und
Alkandiyl-Einheiten dieser tertiären Amine unabhängig voneinander aus 1 bis 6 Kohlenstoffatomen
bestehen.
[0037] Diese tertiären Amine werden entweder mit Säuren, bevorzugt starken Mineralsäuren
wie Phosphorsäure, Schwefelsäure, Halogenwasserstoffsäuren oder starken organischen
Säuren oder durch Umsetzung mit geeigneten Quaternisierungsmitteln wie C
1- bis C
6-Alkylhalogeniden oder Benzylhalogeniden, z.B. Bromiden oder Chloriden in die Ammoniumsalze
überführt.
[0038] Als Monomere mit (potentiell) anionischen Gruppen kommen üblicherweise aliphatische,
cycloaliphatische, araliphatische oder aromatische Carbonsäuren und Sulfonsäuren in
Betracht, die mindestens eine alkoholische Hydroxylgruppe oder mindestens eine primäre
oder sekundäre Aminogruppe tragen. Bevorzugt sind Dihydroxyalkylcarbonsäuren, vor
allem mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie sie auch in der US-A 3 412 054 beschrieben
sind. Insbesondere sind Verbindungen der allgemeinen Formel

in welcher R
1 und R
2 für eine C
1- bis C
4-Alkandiyl-Einheit und R
3 für eine C
1- bis C
4-Alkyl-Einheit steht und vor allem Dimethylolpropionsäure (DMPA) bevorzugt.
[0039] Weiterhin eignen sich entsprechende Dihydroxysulfonsäuren und Dihydroxyphosphonsäuren
wie 2,3-Dihydroxypropanphosphonsäure.
[0040] Ansonsten geeignet sind Dihydroxylverbindungen mit einem Molekulargewicht über 500
bis 10000 g/mol mit mindestens 2 Carboxylatgruppen, die aus der DE-A 3 911 827 bekannt
sind.
[0041] Als Monomere (a3) mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Aminogruppen kommen Aminocarbonsäuren
wie Lysin, β-Alanin, die in der DE-A-2034479 genannten Addukte von aliphatischen diprimären
Diaminen an α,β-ungesättigte Carbon- oder Sulfonsäuren in Betracht.
[0042] Solche Verbindungen gehorchen beispielsweise der Formel (a3.1)
H
2N-R
4-NH-R
5-X (a3.1)
in der
- R4 und R5 unabhängig voneinander für eine C1- bis C6-Alkandiyl-Einheit, bevorzugt Ethylen
und X für COOH oder SO3H stehen.
[0043] Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel (a3.1) sind die N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethancarbonsäure
und die sowie die N-(2-Aminoethyl)-2-aminoethansulfonsäure bzw. die entsprechenden
Alkalisalze, wobei Na als Gegenion besonders bevorzugt ist.
[0044] Weiterhin besonders bevorzugt sind die Addukte der oben genannten aliphatischen diprimären
Diamine an 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, wie sie z.B. in der D 1 954 090
beschrieben sind.
[0045] Sofern Monomere mit potentiell ionischen Gruppen eingesetzt werden, kann deren Überführung
in die ionische Form vor, während, jedoch vorzugsweise nach der Isocyanat-Polyaddition
erfolgen, da sich die ionischen Monomeren in der Reaktionsmischung häufig nur schwer
lösen. Besonders bevorzugt liegen die Sulfonat- oder Carboxylatgruppen in Form ihrer
Salze mit einem Alkaliion oder einem Ammoniumion als Gegenion vor.
[0046] Die Monomere (a4), die von den Monomeren (a1) bis (a3) verschieden sind, dienen im
allgemeinen der Vernetzung oder der Kettenverlängerung. Es sind im allgemeinen mehr
als zweiwertige nicht-phenolische Alkohole, Amine mit 2 oder mehr primären und/oder
sekundären Aminogruppen sowie Verbindungen, die neben einer oder mehreren alkoholischen
Hyxdroxylgruppen eine oder mehrere primäre und/oder sekundäre Aminogruppen tragen.
[0047] Polyamine mit 2 oder mehr primären und/oder sekundären Aminogruppen werden vor allem
dann eingesetzt, wenn die Kettenverlängerung bzw. Vernetzung in Gegenwart von Wasser
stattfinden soll, da Amine in der Regel schneller als Alkohole oder Wasser mit Isocyanaten
reagieren. Das ist häufig dann erforderlich, wenn wässerige Dispersionen von vernetzten
Polyurethanen oder Polyurethanen mit hohem Molgewicht gewünscht werden. In solchen
Fällen geht man so vor, daß man Präpolymere mit Isocyanatgruppen herstellt, diese
rasch in Wasser dispergiert und anschließend durch Zugabe von Verbindungen mit mehreren
gegenüber Isocyanaten reaktiven Aminogruppen kettenverlängert oder vernetzt.
[0048] Hierzu geeignete Amine sind im allgemeinen polyfunktionelle Amine des Molgewichtsbereiches
von 32 bis 500 g/mol, vorzugsweise von 60 bis 300 g/mol, welche mindestens Aminogruppen,
ausgewählt aus der Gruppe der primären und sekundären Aminogruppen, enthalten. Beispiele
hierfür sind Diamine wie Diaminoethan, Diaminopropane, Diaminobutane, Diaminohexane,
Piperazin, 2,5-Dimethylpiperazin, Amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethyl-cyclohexan (Isophorondiamin,
IPDA), 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan, 1,4-Diaminocyclohexan, Aminoethylethanolamin,
Hydrazin, Hydrazinhydrat oder Triamine wie Diethylentriamin oder 1,8-Diamino-4-aminomethyloctan.
[0049] Die Amine können auch in blockierter Form, z.B. in Form der entsprechenden Ketimine
(siehe z.B. CA-1 129 128), Ketazine (vgl. z.B. die US-A 4 269 748) oder Aminsalze
(s. US-A 4 292 226) eingesetzt werden.
[0050] Bevorzugt werden Gemische von Di- und Triaminen verwendet, besonders bevorzugt Gemische
von Isophorondiamin und Diethylentriamin.
[0051] Die Polyurethane enthalten bevorzugt kein Polyamin oder 1 bis 20, besonders bevorzugt
4 bis 15 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten (a2) und (a4) eines Polyamins
mit mindestens 2 gegenüber Isocyanaten reaktiven Aminogruppen als Monomere (a4).
[0052] Alkohole mit einer höheren Wertigkeit als 2, die zur Einstellung eines gewissen Verzweigungs-
oder Vernetzungagrades dienen können, sind z.B. Trimethylolpropan, Glycerin oder Zucker.
[0053] Für den gleichen Zweck können auch als Monomere (a4) höher als zweiwertige Isocyanate
eingesetzt werden. Handelsübliche Verbindungen sind beispielsweise das Isocyanurat
oder das Biuret des Hexamethylendiisocyanats.
[0054] Monomere (a5), die gegebenfalls mitverwendet werden, sind Monoisocyanate, Monoalkohole
und mono-primäre und sekundäre Amine. Im allgemeinen beträgt ihr Anteil maximal 10
mol-%, bezogen auf die gesamte Molmenge der Monomere. Diese monofunktionellen Verbindungen
tragen üblicherweise weitere funktionelle Gruppen wie olefinische Gruppen oder Carbonylgruppen
und dienen zur Einführung von funktionellen Gruppen in das Polyurethan, die die Dispergierung
bzw. die Vernetzung oder weitere polymeranaloge Umsetzung des Polyurethans ermöglichen.
In Betracht kommen hierfür Monomere wie Isopropenyl-a,a-dimethylbenzylisocyanat (TMI)
und Ester von Acryl- oder Methacrylsäure wie Hydroxyethylacrylat oder Hydroxyethylmethacrylat.
[0055] Auf dem Gebiet der Polyurethanchemie ist allgemein bekannt, wie das Molekulargewicht
der Polyurethane durch Wahl der Anteile der miteinander reaktiven Monomere sowie dem
arithmetischen Mittel der Zahl der reaktiven funktionellen Gruppen pro Molekül eingestellt
werden kann.
[0056] Normalerweise werden die Komponenten (a1), (a2), (a3) und (a4) sowie ihre jeweiligen
Molmengen so gewählt, daß das Verhältnis A:B mit
A) der Molmenge an Isocyanatgruppen und
B) der Summe aus der Molmenge der Hydroxylgruppen und der Molmenge der funktionellen
Gruppen, die mit Isocyanaten in einer Additionsreaktion reagieren können
[0057] 0,5 : 1 bis 2 : 1, bevorzugt 0,8 : 1 bis 1,5, besonders bevorzugt 0,9 : 1 bis 1,2
: 1 beträgt. Ganz besonders bevorzugt liegt das Verhältnis A : B möglichst nahe an
1 : 1.
Neben den Komponenten (a1), (a2), (a3) und (a4) werden Monomere mit nur einer reaktiven
Gruppe im allgemeinen in Mengen bis zu 15mol-%, bevorzugt bis zu 8 mol-%, bezogen
auf die Gesamtmenge der Komponenten (a1), (a2), (a3) und (a4) eingesetzt.
[0058] Die eingesetzten Monomere (a1) bis (a4) tragen im Mittel üblicherweise 1,5 bis 2,5,
bevorzugt 1,9 bis 2,1, besonders bevorzugt 2,0 Isocyanatgruppen bzw. funktionelle
Gruppen, die mit Isocyanaten in einer Additionsreaktion reagieren können.
[0059] Die Polyaddition der Komponenten (a1) bis (a4) erfolgt im allgemeinen nach den bekannten
Verrfahren, wobei bevorzugt das sog. "Acetonverfahren" oder das Präpolymermischverfahren",
die beispielsweise in der DE-A-4418157 beschrieben sind, angewendet wird.
[0060] Dabei geht man im allgemeinen so vor, daß man zunächst in einem inerten organische
Lösungsmittel ein Präpolymer oder das Polyurethan (a) herstellt und anschließend das
Präpolymer oder das Polyurethan (a) in Wasser dispergiert. Im Falle des Präpolymeren
erfolgt die Umsetzung zum Polyurethan (a) durch Reaktion mit dem Wasser oder durch
ein nachträglich zugebenes Amin (Komponente a4). Üblicherweise wird das Lösungsmittel
nach der Dispergierung destillativ ganz oder teilweise entfernt.
[0061] Die Dispersionen haben im allgemeinen einen Feststoffgehalt von 10 bis 75, bevorzugt
von 20 bis 65 Gew.-% und eine Viskosität von 10 bis 500 m Pas (gemessen bei einer
Temperatur von 20°C und einer Schergeschwindigkeit von 250 s
-1).
[0062] Hydrophobe Hilfsmittel, die unter Umständen nur schwierig homogen in der fertigen
Dispersion zu verteilen sind wie beispielsweise Phenol-Kondensationharze aus Aldehyden
und Phenol bzw. Phenolderivaten oder Epoxidharze und weitere z.B. in der DE-A-3903538,
43 09 079 und 40 24 567 genannten Polymere, die in Polyurethandispersionen beispielsweise
als Haftungsverbesserer dienen, können nach den in den drei oben genannten Schriften
beschriebenen Methoden dem Polyurethan oder dem Präpolymeren bereits vor der Dispergierung
zugesetzt werden.
[0063] Die Polyurethandispersionen können, bezogen auf ihren Feststoffgehalt bis zu 40,
bevorzugt bis zu 20 Gew.-% sonstiger Polymere (B) in dispergierter Form enthalten.
Derartige Polyurethandispersionen werden im allgemeinen durch Abmischung mit Dispersionen,
enthaltend die Polymere (B) hergestellt. Bevorzugt sind die Polyurethandispersionen
jedoch frei von wirksamen Mengen sonstiger Polymere.
[0064] Als Polymere (B) kommen weiterhin durch radikalisch initiierte Polymerisation hergestellte
Polymere in Betracht. Diese sind üblicherweise aufgebaut aus
b1) 30 bis 100 Gew.-Teilen wenigstens eines Monomeren aus der Gruppe umfassend C1- bis C20-Alkyl(meth)acrylate, Vinylester, von 3 bis zu 20 C-Atome aufweisende ungesättigte
Carbonsäuren, ethylenisch ungesättigte Nitrile, Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen,
Vinylhalogenide und aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und 1 oder
2 Doppelbindungen (Monomere b1) und
b2) 0 bis 70 Gew.-Teilen sonstigen,wenigstens eine ethylenisch ungesättigte Gruppe
aufweisenden Verbindungen I (Monomere b2)
[0065] (Meth)acryl- steht hierbei verkürzend für Methacryl- oder Acryl-.
[0066] Als Monomere (b1) zu nennen sind z.B. (Meth)acrylsäurealkylester mit einem C
1-C
10-Alkylrest, wie Methylmethacrylat, Methylacrylat, n-Butylacrylat, Ethylacrylat und
2-Ethylhexylacrylat sowie Acryl- oder Methacrylsäure.
[0067] Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth)acrylsäurealkylester geeignet.
[0068] Vinylester von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen sind z.B. Vinyllaurat, -stearat,
Vinylpropionat und Vinylacetat.
[0069] Als vinylaromatische Verbindungen kommen Vinyltoluol, alpha- und p-Methylstyrol,
alpha-Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht.
[0070] Beispiele für Nitrile sind Acrylnitril und Methacrylnitril.
[0071] Die Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch ungesättigte
Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid.
[0072] Als nicht aromatische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und ein oder zwei olefinischen
Doppelbindungen seien Butadien, Isopren und Chloropren, sowie Ethylen, Propylen und
Isobutylen genannt.
[0073] Die Hauptmonomeren werden auch vorzugsweise im Gemisch eingesetzt.
[0074] Vinylaromatische Verbindungen wie Styrol werden z.B. häufig im Gemisch mit C
1-C
20-Alkyl(meth)acrylaten, insbesondere mit C
1-C
8-Alkyl(meth)acrylaten, oder nicht aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Isopren oder
vorzugsweise Butadien eingesetzt.
[0075] Als Monomere (b3) kommen in Betracht: Ester der Acryl- und Methacrylsäure von Alkoholen
mit 1 bis 20 C-Atomen, die außer dem Sauerstoffatom in der Alkoholgruppe mindestens
ein weiteres Heteroatom enthalten und/oder die einen aliphatischen oder aromatischen
Ring enthalten, wie 2-Ethoxyethylacrylat, 2-Butoxyethyl(meth)acrylat, Dimethylaminoethyl(meth)acrylat,
Diethylaminoethyl(meth)acrylat, (Meth)acrylsäurearyl-, -alkaryl- oder Cycloalkylester,
wie Cyclohexyl(meth)acrylat, Phenylethyl-(meth)acrylat, Phenylpropyl-(meth)acrylat
oder Acrylsäureester von heterocyclischen Alkoholen wie Furfuryl(meth)acrylat genannt.
[0076] Darüber hinaus kommen noch Monomere mit Amino- oder Amidgruppen wie (Meth)acrylamid,
sowie deren am Stickstoff mit C
1-C
4-Alkyl substituierten Derivate in Betracht.
[0077] Von Bedeutung sind insbesondere hydroxyfunktionelle Monomere, z.B. (Meth)acrylsäure-C
1-C
15-alkylester, welche durch ein oder zwei Hydroxygruppen substituiert sind. Insbesondere
von Bedeutung als hydroxyfunktionelle Comonomere sind (Meth)acrylsäure-C
2-C
8-hydroxyalkylester, wie n-Hydroxyethyl-, n-Hydroxypropyl- oder n-Hydroxybutyl(meth)acrylat.
[0078] Häufig empfiehlt sich die Mitverwendung von Monomeren mit Carbonsäure- oder Carbonsäureanhydridgruppen,
z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäureanhydrid; diese Monomeren
werden vorzugsweise in Mengen von 0 bis 10, besonders bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew.-%,
bezogen auf das Copolymerisat, eingesetzt.
[0079] Die Herstellung des Copolymerisats erfolgt durch radikalische Polymerisation. Geeignete
Polymerisationsmethoden, wie Substanz-, Lösungs-, Suspensions- oder Emulsionspolymerisation
sind dem Fachmann bekannt.
[0080] Vorzugsweise wird das Copolymerisat durch Lösungspolymerisation mit anschließender
Dispergierung in Wasser oder besonders bevorzugt durch Emulsionspolymerisation hergestellt.
[0081] Die Comonomeren können bei der Emulsionspolymerisation wie üblich in Gegenwart eines
wasserlöslichen Initiators und eines Emulgators bei vorzugsweise 30 bis 95°C polymerisiert
werden.
[0082] Geeignete Initiatoren sind z.B. Natrium-, Kalium- und Ammoniumpersulfat, Peroxide
wie z.B. tert.-Butylhydroperoxid, wasserlösliche Azoverbindungen oder auch Redoxinitiatoren.
[0083] Als Emulgatoren dienen z.B. Alkalisalze von längerkettigen Fettsäuren, Alkylsulfate,
Alkylsulfonate, alkylierte Arylsulfonate oder alkylierte Biphenylethersulfonate. Des
weiteren kommen als Emulgatoren Umsetzungsprodukte von Alkylenoxiden, insbesondere
Ethylen- oder Propylenoxid mit Fettalkoholen oder-säuren oder Phenol bzw. Alkylphenolen
in Betracht.
[0084] Im Falle von wäßrigen Sekundärdispersionen wird das Copolymerisat zunächst durch
Lösungspolymerisation in einem organischen Lösungsmittel hergestellt und anschließend
unter Zugabe von Salzbildnern, z.B. von Ammoniak, zu Carbonsäuregruppen enthaltenden
Copolymerisaten in Wasser ohne Verwendung eines Emulgators oder Dispergierhilfsmittels
dispergiert. Das organische Lösungsmittel kann abdestilliert werden. Die Herstellung
von wäßrigen Sekundärdispersionen ist dem Fachmann bekannt und z.B. in der DE-A-37
20 860 beschrieben.
[0085] Zur Einstellung des Molekulargewichts können bei der Polymerisation Regler eingesetzt
werden. Geeignet sind z.B. -SH-Gruppen enthaltende Verbindungen wie Mercaptoethanol,
Mercaptopropanol, Thiophenol, Thioglycerin, Thioglykolsäureethylester, Thioglykolsäuremethylester
und tert.-Dodecylmercaptan. Sie können z.B. in Mengen von 0 bis 0,5 Gew.-%, bezogen
auf das Copolymerisat, eingesetzt werden.
[0086] Die Art und Menge der Comonomeren wird vorzugsweise so gewählt, daß das erhaltene
Copolymerisat eine Glasübergangstemperatur zwischen -60 bis +140°C, vorzugsweise -60
bis +100°C aufweist. Die Glasübergangstemperatur des Copolymerisats wird durch Differentialthermoanalyse
oder Differential Scanning Calorimetrie nach ASTM 3418/82 bestimmt.
[0087] Das zahlenmittlere Molekulargewicht M
n beträgt vorzugsweise 10
3 bis 5·10
6, besonders bevorzugt 10
5 bis 2·10
6 g/mol (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie mit Polystyrol als Standard).
[0088] Die Polyurethandispersionen können handelsübliche Hilfs- und Zusatzstoffe wie Treibmittel,
Entschäumer, Emulgatoren, Verdickungsmittel und Thixotropiermittel, Farbmittel wie
Farbstoffe und Pigmente enthalten.
[0089] Im allgemeinen enthalten die Polyurethandispersionen weniger als 10, bevorzugt weniger
als 0,5 Gew.-% organische Lösungsmittel.
[0090] Die Imprägnate aus den textilen Flächengebilden und den Polyurethandispersionen stellt
man im allgemeinen her, indem man die Polyurethandispersionen nach üblichen Verfahren
aufträgt. Als Auftragsmethoden eignen sich besonders Spritzen, Tauchen, Rakeln, Pinseln,
Foulardieren.
[0091] Zur Herstellung des Imprägnats werden im allgemeinen 20 bis 100, bevorzugt 30 bis
50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des textilen Flächengebildes, der Polyurethandispersion,
bezogen auf deren Feststoffgehalt, aufgetragen.
[0092] Nach dem Auftrag wird getrocknet, bevorzugt bei Temperaturen von 20 bis 150°C.
[0093] Die Auftragsmengen und Verfahren werden im allgemeinen so gewählt, daß die textilen
Flächengebilde praktisch porenfrei mit der Polyurethandispersion verschlossen werden.
[0094] Zur Herstellung der poromeren Kunstleder läßt man auf die Imprägnate eine wässerige
Lösung einer Brönsted-Base einwirken.
[0095] Geeignete Brönsted-Basen weisen bevorzugt einen pK
B-Wert von maximal 5 auf.
[0096] Beispiele für geeignet Brönsted-Basen sind Alkalihydroxide, -Carbonate und -Hydrogencarbonate,
Ammoniak, Amine, die ggfls. auch im Gemisch einsetzt werden können. Besonders bevorzugt
ist Natronlauge.
[0097] Die wässerigen Lösungen enthalten die im allgemeinen 1 bis 40, bevorzugt 2 bis 10
Gew.-% der Brönsted-Basen.
[0098] Die Temperatur der wässerigen Lösungen, die man auf die Imprägnate einwirken läßt,
beträgt üblicherweise 0 bis 120°C, bevorzugt 20 bis 100°C.
[0099] Die Einwirkungsdauer liegt im allgemeinen bei 1 bis 300 mm, bevorzugt 1 bis 120 min.
[0100] Auf 1 Teil imprägniertes Textil werden 20 bis 1000 Teile, bevorzugt 100 bis 300 Teile,
wäßriger Lösung der Base verwendet.
[0101] Zweckmäßigerweise läßt man die wässerigen Lösungen auf die Imprägnate einwirken,
indem man sie durch Aufsprühen vollständig benetzt oder die Imprägnate in die wässerigen
Lösungen eintaucht.
[0102] Mit steigender Einwirkungsdauer, Temperatur und Konzentration der Brönsted-Base in
der wässerigen Lösung werden die poromeren Kunstleder weicher im Griff und erhalten
eine rauhere Oberfläche.
[0103] Es wird angenommen, daß die Einwirkung der wässerigen Lösungen die Ausbildung von
Microporen in den Imprägnaten bewirkt. Denn im allgemeinen weisen die Imprägnate praktisch
keine Wasserdampfdurchlässigkeit, gemessen nach DIN 53333 auf, wohingegen die poromeren
Kunstleder eine Wasserdampfdurchlässigkeit von mehr als 1, üblicherweise von 1 bis
10 mg/hcm
2 aufweisen.
[0104] Im Anschluß an die Einwirkung der wässerigen Lösung entfernt man die Brönsted-Base,
beispielsweise indem man die poromeren Kunstleder mit Wasser auswäscht. Danach werden
die poromeren Kunstleder üblicherweise getrocknet.
[0105] Je nach Anwendungszweck können die poromeren Kunstleder anschließend analog zu natürlichen
Ledern weiter- bzw. nachbehandelt werden, z.B. durch Bürsten, Walken, Millen oder
Bügeln.
[0106] Ggf. können die poromeren Kunstleder wie natürliches Leder mit den üblichen Zurichtmitteln
zugerichtet werden. Dadurch ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Steuerung ihres
Charakters.
[0107] Die poromeren Leder eignen sich grundsätzlich für alle die Anwendungen, in denen
natürliche Leder zum Einsatz kommen, insbesondere können sie an Stelle von Wildleder
eingesetzt werden.
Experimenteller Teil
Herstellung der poromeren Kunstleder
Eingesetzte Polyurethandispersion
[0108] Als PUR-Dispersion wurde Emuldur® DS 2299 (BASF AG) verwendet. Emuldur DS 2299 ist
eine aliphatische Polyesterurethan-Dispersion mit 40% Festgehalt.
Eingesetzte textile Flächengebilde
[0109] Als Basisträgermaterial dienten zwei verschiedene PES-Nadelvliesstoffe.
- Vlies A:
- ca. 300 g/m2 (leichter vernadelte Ware)
- Vlies B:
- ca. 450 g/m2 (dichter vernadelte Ware)
Herstellungsablauf/Arbeitsweise:
[0110] Beide Trägervliesstoffe wurden im Imprägnierverfahren mit anschließender Foulardierung
mit der Dispersion imprägniert und bei 130°C während drei Minuten getrocknet.
Beispiel |
Vlies |
Festauftrag |
|
|
|
1 |
A |
30% |
2 |
A |
40% |
3 |
B |
30% |
4 |
B |
40% |
[0111] Die getrockneten Vliesstoffe wurden in Folge in 5 %iger Natronlauge bei 90°C unter
stetem, leichten Umrühren behandelt.
[0112] Die Vliesstoffe wurden nach 15, 30, 45 bzw. 60 min aus der Natronlauge entfernt,
ausgewaschen und getrocknet.
[0113] Es werden Wildleder-ähnliche Artikel mit angenehmem, weichem Griff und hoher Zugfestigkeit
erhalten.
[0114] Bei höherem Flächengewicht des Grundvlieses sowie bei höherem Auftragsgewicht wurden
die Artikel standiger und härter im Griff.
[0115] Mit zunehmender Behandlungsdauer wurden die Artikel weicher im Griff und sie erhielten
eine rauhere Oberfläche.