<Desc/Clms Page number 1>
"Werkwijze voor het vervaardigen van soepel polyurethaanschuim"
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van soepel polyurethaanschuim met een densiteit tussen 35 en 70 kg/m3, waarbij men een reactiemengsel samenstelt met als componenten ten minste een polyether polyol met een equivalent gewicht tussen 1400 en 2800 en met een gehalte aan primaire hydroxylgroepen van meer dan 50 %, een organisch polyisocyanaat, water, ten minste een katalysator en eventueel verknopingsmiddelen ("crosslinkers/extenders") en schuimstabilisatoren en men dit mengsel laat reageren ter vorming van het polyurethaanschuim.
In de produktietechnologie van soepele polyurethaanschuimen wordt steeds gestreefd naar een kwaliteitsverbetering van de geproduceerde polyurethaanschuimen en meer in het bijzonder naar een verbetering van de zogenoemde"comforteigenschappen"van deze schuimen. Dergelijke soepele polyurethaanschuimen worden immers in hoofdzaak toegepast als comfortmateriaal in meubels, matrassen en autozetels.
De comforteigenschappen van soepel polyurethaanschuim volgen rechtstreeks uit de chemische en fysische structuur van het materiaal en worden uitgedrukt in een aantal via fysische testen verkregen parameters zoals de hardheid in functie van de indrukking, de elasticiteit, de opencelligheid, de weerstand tegen blijvende vervorming en het dimensionele-en hardheidsverlies na herhaalde of langdurige belasting in variabele klimatologische omstandigheden.
Het is bekend dat de comforteigenschappen van soepele polyurethaanschuimen verbeteren naarmate de densiteit van het schuim toeneemt. Een toename van de densiteit is echter beperkt aangezien voorwerpen zoals bijvoorbeeld matrassen vervaardigd uit
<Desc/Clms Page number 2>
zwaardere schuimen niet alleen minder goed hanteerbaar worden maar bovendien ook veel duurder.
In de huidige produktietechnologie van soepele polyurethaanschuimen met een densiteit tussen 35 en 70 kg/m3 wordt de densiteit van deze schuimen uitsluitend bepaald door toevoeging van een hoeveelheid chemische en meestal fysische blaasmiddelen. Wanneer als chemisch blaasmiddel water gebruikt wordt dan dient in de bekende produktieprocessen 1 tot 2, 5 gew. % water op het totaal schuimgewicht toegevoegd te worden ten einde de gewenste densiteit tussen 35 en 70 kg/m3 te verkrijgen.
Verder is het bekend dat voor het bekomen van een schuim met goede co-nforteigenschappen een optimaal evenwicht tussen de polymerisatie-en de blaasreacties dient gerealiseerd te worden. Dit houdt onder meer in dat de verhouding tussen de gebruikte fysische en chemische blaasmiddelen niet volledig vrij gekozen kan worden. Van deze verhouding hangt immers de reactietemperatuur af die op haar beurt mede bepalend is voor de reactiesnelheden.
Aangezien het chemisch blaasmiddel ter vorming van C02-gas via een exotherme reactie met het organisch polyisocyanaat reageert, terwijl de verdamping van het fysisch blaasmiddel daarentegen warmte vereist, zal naarmate de verhouding tussen chemisch en fysisch blaasmiddel toeneemt de temperatuur bij het uitschuimen eveneens toenemen en omgekeerd zal deze temperatuur afnemen naarmate de verhouding tussen het chemisch en het fysisch blaasmiddel afneemt. De reactiesnelheden zullen overeenkomstig respectievelijk toe-of afnemen.
In de huidige produktietechnologie wordt naar een zo goed mogelijke kwaliteit gestreefd ondermeer door zowel de hoeveelheid blaasmiddelen als hun onderlinge verhouding te optimaliseren.
Een nadeel van de bekende produktietechnieken is echter dat de kwaliteit van de aldus geproduceerde polyurethaanschuimen met een densiteit tussen 35 en 70 kg/m3 nog steeds slechter is dan de kwaliteit van bijvoorbeeld latexschuimen, welke echter meestal wel een densiteit van meer dan 65 kg/m3 bezitten, en daardoor veel duurder zijn dan polyurethaanschuimen met een densiteit tussen 35 en 70 kg/m3. Meer bepaald hebben deze polyurethaanschuimen minder goede comforteigen.-
<Desc/Clms Page number 3>
schappen dan de latexschuimen.
De uitvinding heeft dan ook tot doel een werkwijze te verschaffen die toelaat om soepele polyurethaanschuimen met verbeterde comforteigenschappen te vervaardigen.
Tot dit doel gebruikt men 0, 5 tot l gew. % water op het totale schuimgewicht, voegt men aan het reactiemengsel per mol polyol ten hoogste 1, 5 mol van een fysisch blaasmiddel toe en past men, om de densiteit van het polyurethaanschuim binnen de hierboven vermelde grenzen te beperken, ten minste een van de volgende twee densiteitsverlagende technieken toe waarvan een eerste techniek er in bestaat dat men bij de samenstelling van het reactiemengsel een mechanisch opgeschuimd reactiemengsel ("froth") met een verlaagde densiteit vormt en waarvan een tweede techniek er in bestaat dat men het reactiemengsel laat expanderen onder een druk lager dan de atmosferische druk.
De toepassing van de hierboven vermelde densiteitsverlagende technieken is reeds op zichzelf bij de produktie van bestaande schuimstoffen bekend. Bij de produktie van de soepele polyurethaanschuimen volgens de uitvinding werd nu echter verrassenderwijze vastgesteld dat door de chemische en/of fysische blaasmiddelen gedeeltelijk door ten minste een van deze technieken te vervangen, soepele polyurethaanschuimen met betere comforteigenschappen kunnen geproduceerd worden.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding laat men het reactiemengsel expanderen onder een druk die 0,1 tot 0,9 bar lager is dan de atmosferische druk waardoor het reactiemengsel tot een groter volume expandeert.
In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding vormt men bij de samenstelling van het reactiemengsel een mechanisch opgeschuimd reactiemengsel met een densiteit begrepen tussen 70 en 700 kg/m3 zodanig dat bij het begin van de expansie met blaasmiddelen reeds van een lagere densiteit uitgegaan wordt. Zonder mechanisch opschuimen is de densiteit van het reactiemengsel ongeveer gelijk aan 1100 kg/m3.
In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding maakt men bij de expansie van het reactiemengsel als blaasmiddel enkel gebruik van water. Een belangrijk voordeel hiervan is
<Desc/Clms Page number 4>
dat hierdoor geen schadelijke gassen vrijkomen zoals wel het geval is bij het gebruik van bijvoorbeeld chloorfluorhoudende koolwaterstoffen (CFK's) als fysisch blaasmiddel.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hierna volgende beschrijving van een werkwijze voor het vervaardigen van een soepel polyurethaanschuim volgens de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de draagwijdte van de uitvinding niet.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van soepel polyurethaanschuim met een densiteit gelegen tussen 35 en 70 kg/m3 en bij voorkeur tussen 40 en 65 kg/m3. De bedoeling van deze uitvinding is een werkwijze te verschaffen waarmee een polyurethaanschuim verkregen kan worden met betere comforteigenschappen dan het polyurethaanschuim met nagenoeg dezelfde densiteit doch verkregen op een conventionele produktiewijze.
Zoals in de conventionele produktiewijze stelt men in de werkwijze volgens de uitvinding een reactiemengsel samen met als componenten ten minste een polyether polyol, een organisch polyisocyanaat, water, ten minste een katalysator en eventueel nog "crosslinkers/extenders"en schuimstabilisatoren. Vervolgens laat men dit d. m. v. blaasmiddelen tot de gewenste densiteit expanderen. Een van deze blaasmiddelen is het hiervoor genoemde water dat via een exotherme reactie met het polyisocyanaat reageert ter vorming van C02-gas. Naast dit zogenoemde chemisch blaasmiddel kunnen ook nog fysische blaasmiddelen aangewend worden.
In de conventionele technieken voor het vervaardigen van soepel polyurethaanschuim wordt de ganse densiteitsdaling gerealiseerd door het reactiemengsel met een densiteit van ongeveer 1100 kg/m3 onder atmosferische druk onder invloed van blaasmiddelen te laten expanderen. Dit vereist een zekere hoeveelheid blaasmiddelen waaronder een zekere hoeveelheid water.
Volgens de uitvinding kan men een polyurethaanschuim met betere comforteigenschappen verkrijgen door de hoeveelheid water in het reactiemengsel tot 0, 5 tot 1 gew. % van het uiteindelijke totale schuimgewicht te beperken en door per mol polyol niet meer dan 1, 5 mol
<Desc/Clms Page number 5>
van een fysisch blaasmiddel te gebruiken. De polyol dient een polyether polyol te zijn met een gehalte aan primaire hydroxylgroepen van meer dan 50 % van het totale gehalte aan hydroxylgroepen en met een equivalent gewicht gelegen tussen 1400 en 2800. Door de beperking van de hoeveelheid blaasmiddelen zou zonder bijkomende maatregelen een polyurethaanschuim met een densiteit tussen 60 en 140 kg/m3 verkregen worden.
Bij voorkeur beperkt men de hoeveelheid water in het reactiemengsel zelfs tot 0, 5 tot 0,8 gew. % van het totale schuimgewicht en maakt men voor de expansie van het reactiemengsel geen gebruik van een fysisch blaasmiddel doch enkel van water als chemisch blaasrniddel.
Ter compensatie van de kleinere hoeveelheid blaasmiddelen past men in de werkwijze volgens de uitvinding ten minste een van de volgende densiteitsverlagende technieken toe.
Een eerste densiteitsverlagende techniek bestaat er in dat men een mechanisch opgeschuimd reactiemengsel ("froth") vormt alvorens de polymerisatie-en de blaasreacties te starten. Dit kan men doen door bij het samenstellen van het reactiemengsel hieraan lucht of een ander gas toe te voegen. Concreet kan dit geschieden door bijvoorbeeld polyol en isocyanaat met behulp van bijvoorbeeld een mixer
EMI5.1
op te kloppen ("frothing") of door hierdoor een inert gas te blazen en pas nadien de andere reactiecomponenten catalysatoren en water toe te voegen. Bij voorkeur verlaagt men op deze manier de densiteit van het reactiemengsel tot 70 700 kg/m3.
Deze eerste densiteitsverlagende techniek heeft het voordeel dat ze gemakkelijk kan toegepast worden, in het bijzonder ook wanneer men het reactiemengsel tussen twee banden van een continue dubbelband machine laat expanderen. Deze banden bevinden zich op een onderlinge afstand van 0,01 tot 0,2 m/an elkaar en hebben een breedte
EMI5.2
van 1 2, 5 m. Met deze machine kan een continue plaat schuimmateriaal geproduceerd worden waaruit dan bijvoorbeeld matrassen en dergelijke kunnen gesneden worden.
<Desc/Clms Page number 6>
Een tweede densiteitsverlagende techniek, die volgens de uitvinding kan toegepast worden, bestaat er in dat men de expansie van het reactiemengsel bevordert door deze onder een druk lager dan de atmosferische druk uit te voeren. Bij voorkeur is deze druk 0,1 tot 0,9 bar lager dan de atmosferische druk. Eventueel kunnen beide technieken gecombineerd worden.
Naast de hierboven vermelde componenten voegt men in een voorkeursuitvoering van de uitvinding aan het reactiemengsel vlamvertragende produkten toe. Als vlamvertragende produkten komen melamine in een hoeveelheid van 5 tot 100 delen per 100 delen polyol en lineaire ureum-formol oligomeermengsels met de algemene formule
EMI6.1
NH-CO-NH-[CH-NH-CO-NH]-CH-NH-CO-NH, n de waarde van 0 tot 10 kan hebben, in een hoeveelheid van 5 tot 75 delen per 100 delen polyol in aanmerking. Ook kunnen 5 tot 25 delen gehalogeneerde organische vlamvertragers zoals TCEP, TCPP, TDCP,... per 100 delen polyol aan het reactiemengsel toegevoegd worden.
De polyether polyolen die in de werkwijze volgens de uitvinding gebruikt worden hebben een equivalent gewicht tussen 1400 en 2800 en een gehalte aan primaire hydroxylgroepen van meer dan 50 %.
Ze bevatten ten hoogste 45 gew. % van een organische vaste stof in dispersie of in oplossing. In een bijzondere uitvoeringsvorm bevatten ze 1 45 gew. % van een organische vaste stof in dispersie of in oplossing welke vaste stof behoort tot een van volgende types : - een polyadditieprodukt van een alkanolamine met een organisch polyisocyanaat ; - een polymerisatieprodukt van een organisch polyisocyanaat met een polyamine en/of hydrazine en/of hydrazide ; - een vinylcopolymeer zoals bijvoorbeeld reactieprodukten van acrylonitrile met styreen.
Tot de polyether polyolen die geschikt zijn om in de werkwijze volgens de uitvinding gebruikt te worden behoren deze die bereid worden door een of meer alkyleenoxides of gesubstitueerde alkyleenoxides te laten reageren met een of meer actieve waterstof bevattende initiators. Geschikte oxides zijn bijvoorbeeld ethyleenoxide, propyleenoxide, tetrahydrofuraan, butyleenoxides, styreenoxide,
<Desc/Clms Page number 7>
epichloorhydrine en epibroomhydrine. Geschikte starters zijn bijvoorbeeld water, ethyleenglycol, propyleenglycol, butaandiol, hexaandiol, glycerol, trimethylolpropaan, pentaerythritol, hexaantriol, hydroquinon, resorcinol, catechol, bisfenolen, novolac harsen en fosforzuur.
Verdere geschikte starters zijn bijvoorbeeld am : noniak, ethyleendiamine, diaminopropanen, diaminobutanen, diaminopentanen, diaminohexanen, ethanolamine, aminoethylethanolamine, aniline, 2, 4-tolueendiamine, 2, 6-tolueendiamine, 2, 4' -diamino-difeny Im thaan, 4, 4'-diaminodifenylmethaan, 1, 3-fenyleendiamine, l, 4-fenyleendiamine, naftyleen-1, 5-diamine, 4,4'-di (methylamino)-difenylmethaan,
EMI7.1
1-methyl-2-methylamino-4-aminobenzeen, 4-diaminobenzeen, 2, 4-diaminomesityleen, 1, 3-diethyl-2,1-methyl-3, 5-diethyl-2, 6-diaminobenzeen, 1, 3, 5-triethyl-1-2, 6-diaminobenzeen en 3, 5, 3', 51-tetraethyl-4, 4'-diaminodifenylmethaan.
De organische polyisocyanaten die in de werkwijze volgens de uitvinding gebruikt worden hebben als algemene vorm Q (NCO) i, waarin i een gemiddelde waarde heeft die ten minste gelijk is aan 2 en gewoonlijk niet groter is dan 6 en waarin Q een alifatisch, cycloalifatisch of aromatisch radicaal voorstelt dat een ongesubstitueerde. hydrocarbylgroep of een hydrocarbylgroep gesubstitueerd met bijvoorbeeld een halogeen of een alkoxygroep kan zijn. Aldus kan Q bijvoorbeeld een alkyleen, een cycloalkylen, een arylen, een alkyl gesubstitueerd cycloalkylen, een alkaryleen of een aralkyleen radicaal of een overeenkomstig halogeen-of alkoxygesubstitueerd radicaal zijn.
Typische voorbeelden van polyisocyanaten die in de werkwijze volgens deze uitvinding kunnen gebruikt worden, zijn de volgende produkten en mengsels daarvan :
EMI7.2
l, 6-hexamethyleendiisocyanaat, 4, 4'-difenylmethaandiisocyanaat, zoals 4-methoxy-1, 4fenyleendiisocyanaat, 4-chloro-1, 3-fenyleendiisocyanaat, 4-bromo-1, leendiisocyanaat, 5, 6-dimethyl-1, 3-fenyleendiisocyanaat, 2, 4-tÍlueendiisocyanaat, 2, 6-tolueendiisocyanaat en"crude"tolueendiisocyanaten.
Voor het bereiden van soepele polyurethaanschuimen worden meestal de volgende organische polyisocyanaten gebruikt :
<Desc/Clms Page number 8>
1) mengsels van zuiver 2, 4 en 2,6-tolueendiisocyanaat (TDI) ; 2) zuiver 4, 4'-difenylmethaandiisocyanaat en mengsels daarvan met andere isomeren van difenylmethaandiisocyanaat (MDI) ; 3) gedeeltelijk gepolymeriseerd"crude"MDI, dit zijn door methyleenbruggen verbonden polyfenylpolyisocyanaten die bereid worden door fosgenatie van mengsels van polyamines verkregen door condensatie van aniline en formaldehyde ; 4) prepolymeren en oligomeren verkregen door reactie van zuiver TDI, zuiver MDI of"crude"MDI met isocyanaat reactieve verbindingen zoals glycolen, polyolen of mengsels daarvan ;
5) gemodificeerd zuiver TDI, zuiver MDI,"crude"MDI of prepolymeren daarvan waarin een deel van de isocyanaatgroepen in andere functionele groepen zoals carbodiimide-, isocyanuraat-, uretonimine-, urethaan-, urea-, biureet-, of allofanaatgroepen omgevormd zijn ; 6) mengsels van de hierboven vermelde, op TDI en MDI gebaseerde polyisocyanaten.
In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding maakt men als organisch polyisocyanaat gebruik van een organisch polyisocyanaat dat in hoofdzaak bestaat uit zuiver,"crude" of geprepolymeriseerd MDI of uit een mengsel hiervan.
In het algemeen worden de polyol-en de polyisocyanaatcomponenten in een zodanige onderlinge verhouding gebruikt dat de verhouding van het totaal aantal-NCO equivalenten op het totaal aantal actieve waterstof equivalenten tussen 0,6 en 1, 5 gelegen is en bij voorkeur tussen 0,7 en 1,2. Deze verhouding is de zogenoemde Isocyanaat Index en wordt dikwijls uitgedrukt als een percentage van de stoichiometrische hoeveelheid polyisocyanaat die vereist is om met al de actieve waterstof te reageren. Uitgedrukt in percent is de Isocyanaat Index dus gelegen tussen 60 en 150 en bij voorkeur tussen 70 en 120.
In de werkwijze volgens de uitvinding worden blaasmiddelen gebruikt om de einddensiteit van het polyurethaanschuim te controleren. Hiervoor wordt als chemisch blaasmiddel ten minste water gebruikt eventueel samen met andere chemische blaasmiddelen, zoals mierezuur of derivaten daarvan die door reactie met de isocyanaatgroepen CO-gas vormen.
<Desc/Clms Page number 9>
Als fysisch blaasmiddel, waarvan in de werkwijze volgens de uitvinding per mol polyol ten hoogste 1, 5 mol gebruikt wordt, komen de volgende laag kokende stoffen in aanmerking : aceton, ethylacetaat, methylformiat, ethylformiaat, methanol, ethanol, methyleenchloride, chloroform, ethylideenchloride, ethylbromide, vinylideenchloride, bromoethaan, 1, 1, l-trichloroethaan, l-chloropropaan, 2-chloropropaan, chloropropeen, 1,1, 1-trifluoro- 2, 2-dichloroethaan, 1,1, 1,2-tetrafluoroethaan, dichlorofluoroethaan, chloro-l, 2,2, 2,-tetrafluoroethaan, trichlorofluoromethaan, dichlorodifluoromethaan, trichlorofluoroethaan, dichlorotetrafluoroethaan, butaan, hexeen, heptaan, diethylether, en dergelijke.
Een blaaseffect kan ook verkregen worden door toediening van verbindingen die bij temperaturen hoger dan kamertemperatuur ontbinden met vrijstelling van een gas, bijvoorbeeld azoverbindingen, zoals azoisobutylzuur nitrile dat stikstofgas vrijstelt.
In de werkwijze volgens de uitvinding wordt de polymerisatiereactie uitgevoerd in aanwezigheid van een kleine hoeveelheid katalysator. Deze component van het reactiemengsel bevat meestal een tertiair. amine. Geschikte aminekatalysatoren zijn onder meer een of meer van de volgende stoffen : N-methylmorfoline ; N-ethylmorfoline ; N-octadecylmorfoline ; triethylamine ; tributylamine ; trioctylamine ; N, N, N', N'-tetramethylethyleendiamine ; N, N, N', N'-tetramethyl-l, 3-butaandiamine ; triethanolamin ; N, N-dimethylethanolamine ; triisopropanolamine ; N-methyldiethanolamine, hexadecyldimethylamine ; N, N-dimethylbenzylamine ; trimethylamine ;
N, N-dimethyl-2- (2-dimethyl- aminoethoxy) ethylamine ook bekend als bis (2-dimethylaminoethyl) ether ; triethyleendiamine (l, 4-diazobicyclo (2,2, 2) octaan) ; het formiaat en andere zouten van triethyleendiamine ; oxyalkyleen polyadditieprodukten van de aminogroepen van primaire en secondaire amines en andere dergelijke aminekatalysatoren die bekend zijn bij de bereiding van polyurethaan.
De aminekatalysator kan toegevoegd worden als zodanig aan het polyurethaan vormende reactiemengsel of als een oplossing in geschikte solventen zoals diethyleenglycol, dipropyleenglycol en 2-methyl-2,4-pentaandiol ("hexyleenglycol"). In het reactiemengsel is per 100 gewichtsdelen van de polyolcomponent bij voorkeur ongeveer 0, 05
<Desc/Clms Page number 10>
tot 3 gewichtsdelen aminekatalysator aanwezig.
Bij het vervaardigen van polyurethaanschuim volgens de werkwijze volgens de uitvinding kan de katalysatorcomponent een kleine hoeveelheid van bepaalde metaalkatalysatoren bevatten. Tot de geschikte metaalkatalysatoren behoren onder meer organische tinderivaten, in het bijzonder tinverbindingen van carboxylzuren zoals tinoctoate, tinoleaat, tinacetaat, tinlauraat, dibutyltindilauraat en andere dergelijke tinzouten. Bijkomende metaalkatalysatoren zijn organische derivaten van andere polyvalente metalen, zoals zink en nikkel (bijvoorbeeld nikkelacetylacetonaat). In het algemeen is het gehalte van dergelijke metaalkatalysatoren dat in het reactiemengsel kan aanwezig zijn, begrepen tussen ongeveer 0,05 en ongeveer 2 gewichtsdelen per 100 gewichtsdelen van de polyolcomponent.
In de werkwijze volgens de uitvinding kunnen nog "crosslinkers/extendersaan het reactiemengsel toegevoegd worden. Dit wordt in het bijzonder in de bekende werkwijzen voor het bereiden van hoog-elastische ("High resilient") soepele polyurethaanschuimen gedaan, welke werkwijzen gebaseerd zijn op het gebruik van meer reactieve polyether polyol types, met een gehalte aan primaire hydroxylgroepen van meer dan 50 gew. %, zoals in de werkwijze volgens de uitvinding.
"Crosslinkers/extenders"zijn laag moleculaire verbindingen met een moleculair gewicht niet hoger dan 400 en een functionaliteit van ten minste 2. Ze kunnen bijvoorbeeld geselecteerd worden uit de groep van de volgende polyalkoholen en/of volledig gesubstitueerde alkanolamines : glycerol, trimethylolpropaan, ethylenglycol, propyleenglycol, diethyleenglycol, dipropyleenglycol, butaandiol, triethanolamine.
De functionaliteit van ten minste 2 kan ook betrekking hebben op ten minste 1 functionele OH-groep en ten minste 1 functionele NH (of Nu 2)-groep of op ten minste 2 functionele NH (of NH-groepen zodanig dat de gebruikte "crosslinkers/extenders" n of meer alkanolamines en/of polyamines, zoals mono-en diethanolamine, diisopropanolamine kunnen bevatten. Ook gesubstitueerde derivaten en alkyleenoxide polyadditieprodukten kunnen gebruikt worden.
<Desc/Clms Page number 11>
Eventueel worden in de werkwijze volgens de uitvinding verder nog oppervlakte actieve stoffen ("surfactants") gebruikt. Een oppervlakte actieve stof draagt bij tot de produktie van hoge kwaliteitspolyurethaanschuimen aangezien zonder dergelijke stof het schuim instabiel kan zijn of grote, ongelijke cellen kan bevatten. Een groot aantal oppervlakte actieve stoffen bleken voldoening te geven. De voorkeur wordt echter gegeven aan niet-ionische oppervlakte actieve stoffen. In het bijzonder werden de niet-ionische oppervlakte actieve stoffen, zoals de bekende siliconen, meestal polyalkylsiloxaan polyether copolymeren, als zeer geschikt bevonden. Andere oppervlakte actieve stoffen zijn onder meer polyethyleenglycol esters van lange keten alkoholen, tertiair amine of alkanolamine zouten van lange keten alkylzuur sulfaat esters, alkylsulfon esters en alkylarylsulfon zuren.
Indien nodig kunnen andere additieven zoals vulstoffen, celopeners, pigmenten, antioxidantia en andere componenten die voor het bereiden van polyurethaanschuimen bekend zijn, aan het reactiemengsel toegevoegd worden.
De in deze uitvinding beschreven werkwijze ter bereiding van soepel polyurethaanschuim met verbeterde comforteigenschappen kan toegepast worden om via de bekende produktiemethodes soepel polyurethaanschuim te vervaardigen, namelijk volgens het continue blokproces ("slabstock") of in gesloten vormen ("moulding"). Tevens kan de werkwijze toegepast worden ter bereiding van soepel polyurethaanschuim op een continue dubbelbandmachine waarbij men bij voorkeur het reactiemengsel onder vorm van een"froth"tussen de banden van deze machine aanbrengt en laat expanderen.
In de hierna volgende voorbeelden werden de volgende grondstoffen gebruikt : P l : Polyether polyol met een equivalent gewicht van 1700 en een gehalte aan primaire hydroxylgroepen van 60 %, welke 10 gew. % van een organische vaste stof (polymerisatieproduct van de reactie van een organisch polyisocyanaat met een polyamine) in dispersie bevat.
P2 : Polyether polyol met een equivalent gewicht van 1800 en een gehalte aan primaire hydroxylgroepen van 70 %, welke 15 gew. % van een styreen-acrylonitrile blokcopolymeer in dispersie bevat.
<Desc/Clms Page number 12>
P3 : Polyether polyol met een equivalent gewicht van 2100 en een gehalte aan primaire hydroxylgroepen van 85 %.
11 : Mengsel van 80 gew. % 2,4-tolueendiisocyanaat en 20 gew. % 2, 6-tolueendiisocyanaat.
12 : mengsel van geprepolymeriseerd zuiver en crude MDI met een NCO-gehalte van 25 %.
CAT l : Mengsel van 70 gew. % bis (2-dimethylaminoethyl) ether en 30 gew. % dipropyleenglycol.
CAT 2 : Mengsel van 33 gew. % triethyleendiamine en 67 gew. % dipropyleenglycol.
SH209 : Relatief zwak stabiliserende silicon surfactant (Union Carbide).
EMI12.1
TCEP : R il (CFC 11).
Diethanolamine, tin (II) octoaat en melamine.
Volgende andere afkortingen en testmethodes werden gebruikt : Druk : A = Atmosferische druk De andere drukken zijn aangegeven als onderdruk ten opzichte van de heersende atmosferische druk : bv.-0. 35 betekent 0. 35 bar lager dan de atmosferische druk (= nagenoeg 0. 65 bar absolute druk).
CLD 40 % : Hardheid bij 40 % indrukking in kPa volgens ISO 3386.
Elasticiteit : In % volgens ASTM D 3574.
CS 90 % : Weerstand tegen blijvende vervorming bij 90 % indrukking, 22 uur, 70 C (dry compression set) in % hoogteverlies ten opzichte van de originele hoogte volgens ISO 1856 B.
WCS 70 % : Weerstand tegen blijvende vervorming bij 70 % indrukking, 22 uur, 50oC, 95 % relatieve vochtigheid (wet compression set) in % hoogteverlies ten opzichte van de gecomprimeerde hoogte volgens gemodifieerde Renault 1637 methode.
DF : Dynamische vermoeiingstest met constante belasting volgens ISO 3385.
A h = dikteverlies bij 5 N belasting aH = hardheidsverlies ILD 40 % volgens ISO 2439 B.
<Desc/Clms Page number 13>
SF : Statische vermoeiingstest met proportionele belasting volgens BS 3379. h = dikteverlies bij 2 kg belasting
H = hardheidsverlies ILD 40 % volgens ISO 2439 B.
Het zal duidelijk zijn dat de zogenoemde comforteigenschappen van een polyurethaanschuim beter zijn naarmate de elasticiteit groter is en naarmate de resultaten van de CS-en de WCS-testen evenals de Ah- en de AH-waarden van de DF-en SF-testen kleiner zijn.
Via de handmix methode werden blokken van soepel polyurethaanschuim bereid met als afmetingen 40 X 40 X 30 cm zodat tevens dynamische en statische vermoeiingstesten konden worden uitgevoerd. Hiertoe werd een gepaste hoeveelheid reactiemengsel bij 3500 RPM homogeen gemengd in een beker en vervolgens uitgegoten in een open doos met bovenvermelde afmetingen. De expansie van het schuim werd dan ofwel vrij aan de atmosfeer, ofwel in een vacuumkamer voltooid.
In de gevallen waar er lucht werd toegevoegd, werd eerst een"froth"bekomen door het mengsel polyol/isocyanaat/silicon (en eventueel vlamvertragers) in een Oakes mixer te beladen met de gepaste hoeveelheid lucht, waarna water en katalysatoren bijgemengd werden.
De verdere expansie van het schuim verliep dan, met uitzondering van voorbeeld 12, zoals hierboven beschreven in een open doos, onder invloed van het chemisch blaasmiddel water en in voorbeeld 4 eveneens onder invloed van een fysisch blaasmiddel. In voorbeeld 12 liet men het reactiemengsel in een gesloten doos expanderen zodanig dat de expansie van het schuim beperkt werd. 48 uur na expansie werden de schuimmonsters versneden en getest op fysische eigenschappen.
De chemische samenstelling van de verschillende mengsels, de proefcondities en de resultaten van de fysische testen op schuimmonsters zijn weergegeven in de volgende tabel.
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
<tb>
<tb>
Voorbeeld <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12
<tb> Polyol <SEP> (100 <SEP> delen) <SEP> P1 <SEP> P1 <SEP> P1 <SEP> P1 <SEP> P2 <SEP> P2 <SEP> P2 <SEP> P2 <SEP> P3 <SEP> P3 <SEP> P3 <SEP> P3
<tb> Water <SEP> 2,0 <SEP> 1,2 <SEP> 1,0 <SEP> 1,2 <SEP> 3,0 <SEP> 1,2 <SEP> 3,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1,5 <SEP> 0,8 <SEP> 2,0 <SEP> 1,0
<tb> Rll <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 9 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Isocyanaatindex <SEP> 104 <SEP> 111 <SEP> 114 <SEP> 115 <SEP> 85 <SEP> 95 <SEP> 80 <SEP> 90 <SEP> 105 <SEP> 115 <SEP> 105 <SEP> 115
<tb> I1 <SEP> 28,2 <SEP> 21,7 <SEP> 20,5 <SEP> 22,9 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 23,4 <SEP> 18,4 <SEP> - <SEP> I2 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 59,6 <SEP> 35,2 <SEP> 64,2 <SEP> 39,2 <SEP> - <SEP> - <SEP> 55,3 <SEP> 39,6
<tb> Diethanolamine <SEP> 1,15 <SEP> 1,
20 <SEP> 1,35 <SEP> 1,35 <SEP> 0,95 <SEP> 1,05 <SEP> 1,10 <SEP> 1,25 <SEP> 1,40 <SEP> 1,60 <SEP> 1,45 <SEP> 1,55
<tb> CAT1 <SEP> 0,05 <SEP> 0,04 <SEP> 0,04 <SEP> 0,05 <SEP> 0,03 <SEP> 0,05 <SEP> 0,02 <SEP> 0,05 <SEP> 0,05 <SEP> 0,07 <SEP> 0,05 <SEP> 0,08
<tb> CAT2 <SEP> 0,15 <SEP> 0,12 <SEP> 0,12 <SEP> 0,15 <SEP> 0,15 <SEP> 0,20 <SEP> 0,10 <SEP> 0,15 <SEP> 0,15 <SEP> 0,21 <SEP> B0,15 <SEP> 0,25
<tb> Tin <SEP> (II) <SEP> octoaat <SEP> 0,15 <SEP> 0,12 <SEP> 0,12 <SEP> 0,18 <SEP> 0,15 <SEP> 0,14 <SEP> 0,16 <SEP> 0,15 <SEP> 0,22 <SEP> 0,18 <SEP> 0,25 <SEP> 0,23
<tb> SH <SEP> 209 <SEP> 0,7 <SEP> 0,6 <SEP> 0,6 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,7 <SEP> 0,7 <SEP> 0,7 <SEP> 0,
7
<tb> TCEP <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2
<tb> melamine <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Schuimgewicht <SEP> (gr) <SEP> 129,6 <SEP> 124,0 <SEP> 123,3 <SEP> 125,4 <SEP> 160,1 <SEP> 138,4 <SEP> 191,0 <SEP> 169,1 <SEP> 125,8 <SEP> 122,0 <SEP> 157,0 <SEP> 143,0
<tb> gew <SEP> % <SEP> water <SEP> 1,54 <SEP> 0,97 <SEP> 0,81 <SEP> 0,96 <SEP> 1,87 <SEP> 0,87 <SEP> 1,83 <SEP> 0,89 <SEP> 1,19 <SEP> 0,66 <SEP> 1,27 <SEP> 0,70
<tb> Lucht <SEP> (1/1 <SEP> polyol) <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 16,0 <SEP> - <SEP> 17,0 <SEP> - <SEP> 5,0 <SEP> - <SEP> 15,0
<tb> Druk <SEP> (bar) <SEP> A <SEP> -0,35 <SEP> -0,45 <SEP> A <SEP> A <SEP> A <SEP> A <SEP> A <SEP> A <SEP> -0,2 <SEP> A <SEP> A
<tb> Rijatijd <SEP> (sec)
<SEP> 95 <SEP> 110 <SEP> 115 <SEP> 165 <SEP> 90 <SEP> 105 <SEP> 85 <SEP> 105 <SEP> 95 <SEP> 100 <SEP> 90 <SEP> 105
<tb> Densiteit <SEP> (kg/m3) <SEP> 43,6 <SEP> 43,9 <SEP> 42,8 <SEP> 43,1 <SEP> 35,9 <SEP> 35,8 <SEP> 38,7 <SEP> 39,6 <SEP> 56,4 <SEP> 54,6 <SEP> 52,8 <SEP> 52,3
<tb> CLD <SEP> 40% <SEP> (kPa) <SEP> 3,2 <SEP> 2,9 <SEP> 2,8 <SEP> 2,9 <SEP> 2,2 <SEP> 1,9 <SEP> 2,5 <SEP> 2,3 <SEP> 3,6 <SEP> 3,5 <SEP> 4,2 <SEP> 3,9
<tb> Elasticiteit <SEP> (%) <SEP> 62 <SEP> 64 <SEP> 65 <SEP> 60 <SEP> 57 <SEP> 61 <SEP> 55 <SEP> 59 <SEP> 61 <SEP> 65 <SEP> 58 <SEP> 59
<tb> CS <SEP> 90% <SEP> (%) <SEP> 4,3 <SEP> 3,6 <SEP> 2,8 <SEP> 5,6 <SEP> 6,0 <SEP> 2,4 <SEP> 11,5 <SEP> 6,7 <SEP> 3,2 <SEP> 2,2 <SEP> 2,2 <SEP> 1,9
<tb> WCS <SEP> 70% <SEP> (%) <SEP> 11,3 <SEP> 9,6 <SEP> 5,2 <SEP> 8,3 <SEP> 19,7 <SEP> 10,5 <SEP> 37,6 <SEP> 15,4 <SEP> 7,8 <SEP> 4,1 <SEP> 2,8 <SEP> 1,7
<tb> DF <SEP> #h <SEP> (%)
<SEP> 1,2 <SEP> 1,1 <SEP> 0,9 <SEP> 1,2 <SEP> 1,7 <SEP> 1,2 <SEP> 2,2 <SEP> 1,8 <SEP> 1,1 <SEP> 0,85 <SEP> 1,2 <SEP> 0,7
<tb> #H <SEP> (%) <SEP> 20,6 <SEP> 19,3 <SEP> 16,7 <SEP> 21,8 <SEP> 22,5 <SEP> 20,2 <SEP> 24,6 <SEP> 22,7 <SEP> 18,5 <SEP> 16,2 <SEP> 15,0 <SEP> 12,3
<tb> SF <SEP> #h <SEP> (%) <SEP> 2,1 <SEP> 1,8 <SEP> 1,5 <SEP> 1,5 <SEP> 2,4 <SEP> 1,9 <SEP> 3,8 <SEP> 2,1 <SEP> 1,9 <SEP> 1,5 <SEP> 1,6 <SEP> 1,2
<tb> #H <SEP> (%) <SEP> 24,3 <SEP> 22,7 <SEP> 19,1 <SEP> 26,2 <SEP> 25,8 <SEP> 23,0 <SEP> 30,4 <SEP> 22,9 <SEP> 20,4 <SEP> 17,8 <SEP> 19,5 <SEP> 18,4
<tb> *OF=
<tb> 1,
2
<tb>
<Desc/Clms Page number 15>
Voorbeelden 1 tot 4
In voorbeeld l werd op een conventionele manier een polyurethaanschuim met een densiteit van nagenoeg 43 kg/m3 bereid. In voorbeelden 2 tot 4 werden met dezelfde componenten een polyurethaanschuim met nagenoeg dezelfde densiteit bereid zodanig dat verschillende comforteigenschappen enkel het gevolg zijn van een verschillende bereidingswijze.
Uit voorbeelden 2 en 3 blijkt dat door de hoeveelheid water te verlagen en door dit te compenseren door het reactiemengsel onder een verlaagde druk te laten expanderen, betere comforteigenschappen verkregen worden.
In voorbeeld 4 werd een werkwijze toegepst die niet volgens de uitvinding is aangezien om tot een densiteit van nagenoeg 43 kg/m3 te komen meer dan 1, 5 mol fysisch blaasmiddel Rll per mol polyol gebruikt werd. Uit dit voorbeeld volgt duidelijk dat een kleinere hoeveelheid water niet door fysische blaasmiddelen kan gecompenseerd worden aangezien dan slechtere comforteigenschappen verkregen worden. De balans tussen de polymerisatie-en de blaasreacties is dan uit evenwicht hetgeen o. m. blijkt uit de lange rijstijd.
Voorbeelden 5 tot 8
Uit voorbeelden 5 en 6 volgt dat door het toevoegen van lucht aan het reactiemengsel en door minder van het chemisch blaasmiddel water te gebruiken zodanig dat nagenoeg dezelfde einddensiteit verkregen wordt, een schuim met betere comforteigenschappen kan bereid worden.
Hetzelfde kan door vergelijking van voorbeelden 7 en 8 besloten worden. In deze laatste voorbeelden werd als vlamvertrager melamine toegepast, hetgeen de comforteigenschappen van het schuim nadelig beinvloedt.
Het zal duidelijk zijn dat in voorbeelden 5 en 7 geen werkwijze volgens de uitvinding toegepast werd en dat deze enkel aangegeven worden om de betere resultaten van de werkwijze volgens de uitvinding aan te tonen.
<Desc/Clms Page number 16>
Voorbeelden 9 tot 12
De in voorbeelden 9 en 11 toegepaste werkwijze is geen werkwijze volgens de uitvinding ; de in voorbeelden 10 en 12 toegepaste werkwijzen daarentegen wel.
In voorbeeld 10 werden in vergelijking met voorbeeld 9 betere comforteigenschappen verkregen alhoewel een schuim met een iets lagere densiteit geproduceerd werd. Dit is te wijten aan het feit dat in vergelijking met voorbeeld 9 minder water gebruikt werd terwijl ter compensatie daarvan lucht aan het reactiemengsel toegevoegd werd en de expansie onder verlaagde druk uitgevoerd werd.
In voorbeeld 12 werd in vergelijking met voorbeeld 11 minder water gebruikt. Door toevoeging van lucht aan het reactiemengsel en door de expansie in een gesloten vorm met een "overiill factor"van 1,2 uit te voeren, werd evenwel nagenoeg dezelfde densiteit verkregen. De"overfill factor"OF geeft de verhouding tussen de werkelijke schuimdensiteit en de schuimdensiteit die in een open vorm zou verkregen worden. Ook in dit geval is t. o. v. voorbeeld 11 een duidelijke verbetering van de comforteigenschappen merkbaar.
Het is dus ook mogelijk om polyurethaan schuimplaten met verbeterde comforteigenschappen op een continue dubbelband machine te produceren. Uit deze schuimplaten kunnen dan bijvoorbeeld matrassen vervaardigd worden.