<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte à la préparation de structures cellulaires flexibles élastomères. Plus particulière- ment, elle concerne la préparation de structures cellulaires flexibles élastomères préparées à partir de mélanges de réaction liquides de matières polymères contenant des atomes d'hydrogène actifs., des poyisocyanates et de l'eau Plus spécifiquement encore, elle est relative à des procédés pour préparer des structures cellulaires perfectionnées à partir de matières polymères contenant des atomes d'hydrogène actifs, de polyisocyanates et d'eau, et aux structures perfectionnées obtenues par ces procédés.
La production de ces structures cellulaires flexibles élastomères est d'un développement récent. Les structures sont
<Desc/Clms Page number 2>
formées à partir de matières polymères qui sont liquides à la température ordinaire ou susceptibles d'être fondues à des températures relativement basses. Les matières polymères contiennent des atomes d'hydrogène actifs qui réagissent avec les groupes isocyanate pour allonger la chaîne moléculaire. Le polyisocyanate utilisé comme ingrédient de réaction remplit trois ordres de fonctions dans le mélange de réaction. Il intervient pour allonger la chaîne de la matière polymère, pour réagir avec l'eau dans la formation de dioxyde de carbone gazeux, et pour réticuler ou vulcaniser la matière polymère à chaîne allongée.
Le dioxyde de carbone gazeux qui est libéré par la réaction produit un mélange mousse qui fait prise en une structure cellulaire flexible élastomère après la vulcanisation.
Par l'expression "atome d'hydrogène actifs" utilisée pour décrire les matières polymères, on entend les atomes d'hydrogène susceptibles de réagir dans les conditions du procédé de Zerewitinoff. Des exemples de matières polymères contenant des atomes d'hydrogène actifs sont des polyesters, des polyesterarmides et des polyalkylène-éther-glycols.
Les polyesters sont préparés par la condensation d'un ou plusieurs glycols avec un ou plusieurs acides carboxyliques dibasiques. Les polyesteramides sont préparés à partir d'un ou plusieurs glycols, d'un ou plusieurs acides carboxylique dibasiques, et de quantités relativement petites d'un ou plusieurs composés amino bifonctionnels, comme des amino-acides carboxyliques, des amino-alcools et des diamines. De faibles quantités de matières trifonctionnelles peuvent également être utilisées pour préparer les polyesters et les polyesteramides. Les polyalkylène-étherglycols sont des polyéthers à terminaison hydroxyle dérivés d'oxydes d'alkylènes ou de glycols ou d'éthers hétérocycliques, comme le dioxolane.
D'autres exemples de matières contenant des atomes d'hydrogène actifs et des procédés pour les préparer figurent dans les brevets américains n s 2.625.531, 2. 625.532 et 2.625.535
<Desc/Clms Page number 3>
qui décrivent des polyesteramides et des polyesters, et n s 2.692.873 et 2.702.797 qui décrivent des polyalkylène-étherglycols. Des matières contenant des atomes d'hydrogène actifs préférées utilesdans la présente invention sont des polyesters et des polyesteramides ayant un poids moléculaire moyen d'environ 750 à 2.250, un indice d'acide ne dépassant pas 5 et un indice d'hydroxyle de 50 à 150.
Les meilleurs résultats sont obtenus avec une matière polymère contenant des atomes d'hydrogène actifs ayant un indice diacide ne dépassent pas 2, un indice d'hydroxyle d'approximativement 60, et un poids moléculaire moyen correspondant d'approximativement 1.900. Il est également préférable que ces polymères soient substantiellement anhydres et ne contiennent pas plus de 0,2 % en poids d'eau.
On peut utiliser n'importe quel polyisocyanate organique ou mélange de polyisocyanates pour produire les structures cellulaires flexibles élastomères. La quantité de polyisocyanate doit être suffisante pour allonger la chaîne de la matière polymère et réticuler la matière polymère et pour réagir avec l'eau pour former du dioxyde de carbone gazeux. En général, on peut
EMI3.1
utiliser de 2 à 8 équivalents d'faoc'anate par mole de matière polymère, les meilleurs résultats étant obtenus en utilisant approximativement 3 moles de diisocyanate par mole de matière
EMI3.2
polymère. Des exemples représentatifs sont l'hexamétbylènediisocyanate; le para--p.énylène-d.i socyanate le méta-phénylène.A düsocyanate; le I95r:a.phtalèrxe-d.:Lsocyanates le .p9-â.:pâaény,èneN méthan2-diisocyanate.
Les diisocyanates préférés sont ceux qui sont liquides à la température ordinaire, comme les toluylènediisocyanates.
Une des plus vastes applications potentielles de ces structures élastomères cellulaires flexibles est leur utilisation comme matières de rembourrage, domaine où on utilise de grandes quantités de matières pour rembourrer des sièges d'automobiles,
EMI3.3
d'avions, d'autobus et pour lpameublement. Lorsqu'on emploie'
<Desc/Clms Page number 4>
un type quelconque de matièrescellulaire flexibles élastomères, comme un latex mousse pour rembourrer des coussins, on peut l'utiliser en combinaison avec d'autres dispositifs élastiques auxiliaires, par exemple des ressorts métalliques hélicoïdaux, cas dans lequel des couches relativement minces des matières élastomères mousse suffiront.
Cependant, lorsqu'on utilise des coussins mousse sans ressorts auxiliaires, le coussin doit être suffisamment épais pour supporter d'une manière confortable la personne qui s'en sert. Il faut des lors que le rembourrage ait une résistance la compression relativement faible. Le coussin relativement épais, d'une résistance à la compression relativement faible, a une certaine tendance à l'"instabilité latérale", expression par laquelle on entend le mouvement de la partie supérieure du coussin, parallèle à la partie inférieure du coussin lorsqu'une certaine force horizontale lui est appliquée.
Cette instabilité latérale provoque'une sensation de va-et-vient ou de roulis, et il est particulièrement sensible dans les véhicules en mouvement, comme des automobiles, des autobus, des chemins de fer sous-terrains, etc. L'instabilité latérale est provoquée parce que la résistance à la compression ou la résistance au mouvement de la plupart des matières cellulaires flexibles élastomères est presque la même dans un plan vertical et dans un plan horizontal.
On . suggéré des procédés pour réduire l'instabilité latérale, qui consistent par exemple, à enfermer le coussin dans un baquet rigide pour limiter son déplacement latéral, ou le ceinturer d'une bande semi-rigide qui tend dans une certaine mesure à rendre rigide le coussin, ou encore à enfermer le coussin tout entier dans une housse de tissu, de cuir ou d'une autre matière non élastique en feuille. Ces solutions au problème de l'instabilité latérale s'accompagnent normalement d'une réduction du confort.
<Desc/Clms Page number 5>
Cela étant, le but général de la présente invention est de procurer des matières cellulaires flexibles élastomères dais lesquelles l'instabilité latérale soit réduite au minimum, sans sacrifier le confort.
D'autres buts de la présente invention sont : de procurer un procédé pour produire un rembourrage cellulaire, flexible élastomère dont les caractéristiques de compression ou de port de charge soient sensiblement différentes dans une direction par comparaison avec la direction perpendicu- laire à celle-ci; de procurer un procédé pour modifier la taille et la forme des cellules individuelles des matières cellulaires élasto- mères flexibles; de procurer des structures cellulaires élastomères flexibles qui aient une meilleure stabilité horizontale.
D'autres buts ressortiront de la description de la présente invention.
Les buts de la présente invention sont atteints en utilisant des quantités relativement petites d'une huile silicone dans le mélange de réaction contenant la matière polymère contenant des atomes d'hydrogène actifs, le polyisocyanate et l'eau. La quantité d'huile silicone utilisée' dans la pratique de la présente invention doit être de 0,002 à 0,02 partie en poids du mélange de réaction total. L'utilisation d'huile silicone en quantités Inférieures à 0,002 partie en poids ne produit pas les résultats désirés, tandis que l'utilisation de plus de 0,02 partie en poids d'huile silicone provoque l'affaissement de la mousse.
Il est surprenant que l'huile silicone quelle qu'en soit la quantité puisse être tolérée dans la préparation des objets en mousse, alors que l'huile silicone est connue comme antimousse.
Les huiles silicones sont des polymères linéaires du type représenté par la formule générale :
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
où R est un radical organique de poids moléculaire relativement bas, par exemple un radical méthyle ou éthyle et X est un nombre entier représentant le nombre de groupements de la chaîne moléculaire. Ces huiles sont des liquides limpides que l'on peut obtenir dans une gamme étendue de viscosités qui sont déterminées par la longueur de la chaîne du polymère. Les huiles silicones ont des viscosités allant de 40 à 1. 000 centistokes., mesurées à
EMI6.2
100 F (38 C) et sont vendues par la Général-Electric, la Dow- Corning et la Linde Air Products.
Les mélangés de réaction suivants sont préparés pour illustrer la pratique de la présente invention.
Préparation d'un polyester
On prépare un polyester par la réaction de condensation d'acide adipique et de quantités moléculaires approximativement égales d'éthylène glycol, de diéthylène glycol et de butanediol -1,4. Ce polyester a un indice d'hydroxyle de 60,0 et un indice d'acide de 2,0.
Préparation dupremier prépoymère
On mélange le polyester (700 parties) préparé comme décrit ci-dessus avec 68 parties d'un mélange de toluylène- diisocyanates contenant approximativement 85% de l'isomère 2,4 et approximativement 15% de l'isomère 2,6. On mélange soigneuse- ment les ingrédients et on les chauffe pendant 35 minutes à 60 C, après quoi on refroidit le mélange de réaction à la température ordinaire.
Préparation d'une solution activante
On prépare une solution a ctivante en mélangeant ensemble 80,3 parties du polyester préparé comme décrit ci-dessus, 24,5
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
parties d'eau, I, 2 parties de N-méthylmorphaline, 0, 3' g, d'un émulsifiant qui est un alkyl-aryl-polyéther-alcool et 7,5 parties d'un produit de condensation de tubyraldéhydre et d'aniline. On prépare ce produit de condensation à partir d'environ 4 moles de butyraldéhyde et d'une mole d'aniline. Ces produits de condensation et des procédés pour les préparer sont décrits dans le "Journal of American Chemical Societytl, Volume 70, pages 1624-29 avril 1948.
La pratique de la présente invention est illustrée par les exemples suivants dans lesquels, sauf indication contraire, les parties sont données en poids. Ces exemples sont représentatifs et non limitatifs de la présente invention.
EXEMPLE 1.-
On mélange le premier prépolymère (98,5 parties) préparé
EMI7.2
comme décrit ci-dessus avec 28,3 parties de toluylêne-düsocyanates et 1,9 partie d'huile de ricin. On mélange soigneusement ce mélange et on le mélange ensuite avec 14,7 parties de la solution activante préparée comme décrit ci-dessus. On mélange soigneusement ce mélange de réaction complet et on le verse dans un moule où on le laisse gonfler et vulcaniser. On chauffe le mélange mousse pendant 20 minutes à 55 C, puis pendant 60 minutes à 100 C pour achever la vulcanisation.
EXEMPLE 2.-
On mélange le premier prépolymère (98,5 parties) préparé
EMI7.3
comme décrit ci-dessus avec 28,3 parties de toluylêna-d9.isocyanates et 1,9 partie d'huile de ricin. On mélange soigneusement ce mélange et on le mélange ensuite avec 14,7 parties de la solution activante préparée comme décrit ci-dessus et 0,0042 partie ou 0,003%, sur la base du poids du mélange total, d'huile silicone. On mélange soigneusement ce mélange de réaction complet et on le verse dans un moule où on le laisse gonfler et vulcaniser. On chauffe le mélange mousse pendant 20 minutes à 55 Ce puis pendant 60 minutes à 100 C pour achever la vulcanisation.
<Desc/Clms Page number 8>
EXEMPLES 3,4 et 5.
On prépare les produits des exemples 3, 4 et 5 de la même manière que celui de l'exemple. 2,excepté qu'on ajoute à chacun d'eux des quantités variables d'huile silicone comme indiqué dans le tableau I ci-après.
Dans ce tableau sont reproduits les résultats d'essais effectués sur les produits des exemples 1 à 5. La quantité d'huile silicone est exprimée en % sur la base du poids total du mélange.
Le poids spécifique est exprimé en livres/pied cube. La compression est mesurée dans le.sens de la mpntée de la mousse (cV) et également normalement à cette direction (Ch)' La compression est exprimée par la force, en livres nécessaire pour comprimer une surface circulaire de 50 pouces carrés (322,6 cm2) à 75% de sort @ épaisseur initiale. Le procédé pour déterminer cette compression est décrit dans le "Rubber Manufacturers" Association Buyer's Spécification" au chapitre "Latex Rubber Foam", publié le 1er avril 1953.
Les valeurs cv/Ch reprises dans le tableau i sont les rapports des valeurs de Cv aux valeurs de ch Figurent également .dans le tableau entre parenthèses, les valeurs converties en système décimal, à savoir le poids spécifique en g/em3 et la compression en kg.
TABLEAU i
EMI8.1
<tb>
<tb> Exemple <SEP> Huile <SEP> Poids <SEP> spectifi- <SEP> c <SEP> c <SEP> c <SEP> c
<tb> silicone <SEP> % <SEP> que <SEP> cv <SEP> ch <SEP> cv/ch
<tb> 1 <SEP> 0,000 <SEP> 3,70(0,0592) <SEP> 74 <SEP> (33,6) <SEP> 93 <SEP> (42,2) <SEP> 0,80
<tb> 2 <SEP> 0,003 <SEP> 3,36(0,0538) <SEP> 103 <SEP> (46,7) <SEP> 76 <SEP> (34,5) <SEP> 1,36
<tb> 3 <SEP> 0,006 <SEP> 3,36(0,0538) <SEP> 104 <SEP> (47,2) <SEP> 75 <SEP> (34,0) <SEP> 1,38
<tb> 4 <SEP> 0,010 <SEP> 3,40(0,0544) <SEP> 84 <SEP> (38,1) <SEP> 40 <SEP> (18,1) <SEP> 2,10
<tb> 5 <SEP> 0,020 <SEP> 3,24(0,0518 <SEP> 105 <SEP> (47,6) <SEP> 60 <SEP> (27,2) <SEP> 1,75
<tb>
L'effet de l'utilisation d'une huile silicone sur la.
structure cellulaire de la matière mousse est illustré par le dessin annexe' nui représente des coupas d'échantillons mousse préparés suivant les exemples 1 à 5. Cp dessin montre qu'à mesure
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
eue la auantitc(indinuée en % du mélange de réaction) d'huile silicone au5mente, la tfille des cellules individuelles s'accroit et nue les cellules s'allongent dans la direction de la montre de la mousse cornue indiaué par les flèches. Cet allongement de': cellulps dans la direction de la montre de la mousse
EMI9.2
est dû "u moins <1:' rtielle'1ent, croit-on, à l'é,ccroissef:lent constat de 1" répistf-.nce à 1^ co)re3sion. Les cellules s'agra.nlissent et prennent, en substance un: 1')}'lI10 plu. olliptirue à .'ie sure nue la teneur en huile silicone s'accro:it.
Les valeurs de compression accrues sont observées dans le plan de l'axe le plus grand de ces cellules pratiquement elliptiques.
EMI9.3
Préparation du. second 1)rn,)tlZrllè'e.
On mélange le polyester (700 parties) préparé comme décrit ci-dessus avec 76,7 parties d'un mélange de toluylène-
EMI9.4
diisocyanates contenant approximativement 85% de l'isomère 2,4 et approximativement 15% de l'isomère 2,6. On ajoute ensuite 4,5parties de butanediol-1,4 au mélange. On mélange soigneusement les ingrédients et on les chauffe pendant 35 minutes à 60 C, après , quoi on refroidit le mélange de réaction à la température ordinaire.
EXEMPLE 6. -
EMI9.5
On 'la-age le second prépolynère (99,8 parties) préparé comme décrit ci-dessus avec 28,3 parties de toluylène-diisocyant2 et 1,9 partie d'huile de ricin. On mélange soigneusement ce mélange, et on le mélange ensuite avec 14,7 parties de la solution activante préparée comme décrit ci-dessus. On mélange soigneusement ce mélange de réaction complet et on le verse dans un moule où on le laisse gonfler et vulcaniser. On chauffe le mélange mousse pendant 20 minutes à 60 C, puis pendant une heure à 100 C pour achever la vulcanisation.
<Desc/Clms Page number 10>
EXEMPLE 7. -
On mélange le second prépolymère (99,8 parties) préparé comme décrit ci-dessus avec 28,3 parties de toluylène- diisocyanateset 1,9 partie dhuile de ricin. On mélange soi- gneusement ce mélange'et on le mélange ensuite avec 14,7 parties de la solution activante préparée comme décrit ci-dessus et
0,0084 partie ou 0,006%. sur la base du poids total du mélange d'huile silicone. On mélange soigneusement ce mélange de réaction complet et on le verse dans un moule où on le laisse gonfler et vulcaniser. On chauffe-le mélange mousse pendant
20 minutes à 60 C, nuls pendant une heure à 100 C pour achever la vulcanisation.
EXEMPLES 8 et 9.-
On prépare les produits des exemples 8 et 9 de la même manière que celui de l'exemple 7, excepté qu'on ajoute à chacun des quantités variables d'huile silicone ainsi que l'in- dique le tableau II ci-après. Les propriétés reprises dans le tableau II sont les mêmes que celles reproduites dans le . tableau I.
TABLEAU II
EMI10.1
<tb>
<tb> Exemple <SEP> Huile <SEP> Silicone <SEP> % <SEP> Poids <SEP> spécifique <SEP> Cv <SEP> ch <SEP> CV/CH
<tb> 6 <SEP> 0,000 <SEP> 4,2(0,0672) <SEP> 87(39,5) <SEP> 106(48,1) <SEP> 0,82
<tb> 7 <SEP> 0,006 <SEP> 4,1(0,0656) <SEP> 97(44,0) <SEP> 82(37,2) <SEP> 1,18
<tb> 8 <SEP> 0,009 <SEP> 3,9(0,0624) <SEP> 99(44,9) <SEP> 62(28,1) <SEP> 1,60
<tb> 9 <SEP> 0,012 <SEP> 3,4(0,0544) <SEP> 73(33,1) <SEP> 39(17,7) <SEP> 1,87
<tb>
Ces exemples montrent qu'on peut produire une structure cellulaire flexible élastomère à partir de mélanges de réaction de matières polymères contenant des atomes d'hydrogène actifs, de polyisocyanates ET d'eau,
dont les résistances à la compression sont sensiblement différentes suivant qu'on les mesure dans le plan de la montée de la mousse ou dans un plan normal à la montre
<Desc/Clms Page number 11>
de la mousse. En plaçant la structure mousse de manière qu'en service, le plan de plus grande résistance à la compression soit situé dans le plan soumis au "balancement latéral", il est possible de réduire le "balancement latéral" sans sacrifier le confort de l'usager.
Bien que certains modes et détails d'exécution aient été décrits pour illustrer la présente invention, il est clair qu'on peut y apporter de nombreux changements et modifications sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour régler la compression de structures cellulaires flexibles élastomères préparées à partir des mélanges de réaction de matières polymères contenant des atomes d'hydrogène actifs, de polyisocyanates et d'eau, caractérisé en ce qu'on ajoute au mélange de réaction de 0,002 à 0,02% d'huile silicone en poids du mélange de réaction total, et on laisse gonfler et vulcaniser les mélanges de réaction.