DD258417A1 - Konfektioniertes ausgangsprodukt zur herstellung von hartschaumstoffen auf polyurethanbasis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung wird zur Herstellung von Hartschaumstoffen auf Polyurethanbasis, insbesondere zur Kuehlmoebelherstellung, angewendet, wobei diese nach dem Giessverfahren hergestellt werden. Durch ein konfektioniertes Ausgangsprodukt, dass Bis(2-dimethylaminoethyl-)ether enthaelt, werden oekonomisch nach dem Giessverfahren bei minimalem Austrieb Hartschaumstoffe auf Polyurethanbasis bei Gewaehrleistung einer niedrigen Rohdichte, guten Dimensionsstabilitaet und hohen Haftfestigkeit an allen Stellen des Formkoerpers, insbesondere fuer Kuehlmoebel, hergestellt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird zur Herstellung von Hartschaumstoffen auf Polyurethanbasis angewendet. Diese Hartschaumstoffe eignen sich als hochwertige Isolier- und Konstruktionswerkstoffe und sind für Kühlmöbel, Mehrschichtelemente, Kühlfahrzeuge und analoge Erzeugnisse anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß nach dem Eintrag eines flüssigen Reaktionsgemisches aus Polyurethanrohstoffen in einen Hohlraum erst mit dem Erreichen der Startzeit eine langsame Viskositätssteigerung eintritt. Während dieser Zeitspanne verläuft das Reaktionsgemisch lediglich auf dem Boden des Hohlraumes, ohne im engeren Sinne zu „fließen". Dabei kann es, insbesondere bei der Kühlmöbelfertigung und der Behälterisolierung vor Ort, an undichten Steilen zum Austreten flüssigen Reaktionsgemisches kommen. Die Folgen sind Materialverluste und ein erhöhter Arbeitsaufwand durch das Reinigen und teilweise Nachlackieren von mit Polyurethanschaumstoff verschmutzten Sichtflächen. Zusätzliche Abdichtungen können das Problem zwar minimieren, erlauben jedoch keine effektive Produktion.

In der Praxis werden deshalb häufig konfektionierte Ausgangsprodukte eingesetzt, die sich nach dem „Frothing-Verfahren" verarbeiten lassen. Dabei wird dem Reaktionsgemisch im Mischkopf der Verschäummaschine unter Druck Trifluortrichlorethan zugeführt. Das Reaktionsgemisch tritt durch das physikalische Verschäumen sahnig aus und dringt weniger durch undichte Stoßkanten nach außen. Der Nachteil besteht darin, daß spezielle Verschäummaschinen mit Mehrkomponentenverarbeitung notwendig sind und die Lunkerhäufigkeit im Schaumstoff ansteigt, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften führt. Ähnliche Probleme ergeben sich, wenn der Froth-Effekt, wie zum Beispiel in der US-PS 3882052 beschrieben, durch Nuclearisierung von Stickstoff beziehungsweise eines Gemisches aus Stickstoff, Luft und Helium in einer speziellen tragbaren Apparatur erreicht wird.

Eine weitere Möglichkeit, den Austritt von flüssigem Reaktionsgemisch zu verringern, besteht in einer gezielten Viskositätserhöhung der eingesetzten Polyol- oder Isocyanatkomponente. Dies führt jedoch zu Schwierigkeiten bezüglich der Mischqualität und behindert das Fließen des Schaumes, wodurch die Einsatzmöglichkeiten stark eingeengt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, solch ein konfektioniertes Ausgangsprodukt zur Herstellung von Hartschaumstoffen auf Polyurethanbasis einzusetzen, wonach diese Hartschaumstoffe nach dem Gießverfahren ökonomisch herstellbar sind und sich bevorzugt zur Herstellung von Kühlmöbeln eignen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt zur Erreichung des Zieles die Aufgabe zugrunde, solch ein konfektioniertes Ausgangsprodukt einzusetzen, das einen speziellen Hilfsstoff enthält. Die hergestellten Hartschaumstoffesollen bei der Verarbeitung nach dem Gießverfahren einen minimalen Austrieb aufweisen, bei Gewährleistung einerfeinzelügen Struktur, einer niedrigen Rohdichte, einer guten Dimensionsstabilität und bei hohen Haftfestigkeiten an allen Stellen des Formkörpers.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im konfektionierten Ausgangsprodukt als Hilfsstoff Bis(2-dimethylaminoethyl-)ether enthalten ist. Der Bis(2-dimethylaminoethyl-)ether ist gemäß Erfindung eine Lösung in Dipropylenglykol. Bezogen auf die Gesamtrezeptur sind 0,03 bis 0,15Gew.-% Bis(2-dimethylaminoethyl-)ether enthalten. Überraschend wurde gefunden, daß durch diesen Bis(2-di-methylaminoethyl-)ether der Austrieb bei der Verarbeitung des konfektionierten Ausgangsproduktes nach dem Gießverfahren gegenüber dem Stand der Technik minimiert wird. Die Erfindung bezieht sich auf solch ein konfektioniertes Ausgangsprodukt, das ein Zwei- oder Mehrkomponentensystem oder ein mit Zusatz- oder Hilfsstoffen abgemischtes Polyolgemisch ist, welches in einem Konfektionierungsprozeß entsteht und sich zur Fertigung von Polyurethanhartschaumstoffen eignet.

Polyole, die in diesem konfektionierten Ausgangsprodukt enthalten sind, sind allgemein bekannte Alkoxylierungsprodukte, insbesondere Propoxylierungsprodukte, von Sorbitol, Saccharose, Glycerol, aromatischen und aliphatischen Aminen, Trimethylolpropan und anderen für die Herstellung von Hartschaumstoffpolyolen gebräuchlichen Startsubstanzen. Diese können allein oder im Gemisch, gegebenenfalls unter Zusatz von niedermolekularen Glykolen oder Triolen, wie Ethylenglykol,

Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Glycerol oder Hexantriol, enthalten sein. Des weiteren sind im erfindungsgemäßen konfektionierten Ausgangsprodukt Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten. Dies betrifft den Zellstabilisator, wobei vorzugsweise Polysiloxancopolyether geeignet sind, den Katalysator, der vorzugsweise aus den Stoffklassen der Trialkylamine, Alkanolamine, der organischen Zinnsalze oder der Alkalimetallsalze ausgewählt wird sowie Triethylendiamin oder Kombinationen der genannten Katalysatoren. Als Treibmittel sind die bekannten Halogenalkane, wie Monofluortrichlormethan oder Trifluortrichlorethan geeignet, wobei es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, den physikalischen Treibvorgang durch den chemischen zu ergänzen, wobei eine geringe Menge Wasser enthalten ist. In Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzzweck kann zur Verbesserung des Brandverhaltens das erfindungsgemäße Ausgangsprodukt auch additive oder reaktive Flammschutzmittel enthalten.

Die aus dem erfindungsgemäßen Ausgangsprodukt resultierenden Reaktionsgemische weisen gleich zu Beginn der nebeneinander ablaufenden Polymerbildungsreaktion und des Aufschäumprozesses einen deutlichen Viskositätsanstieg auf, der einerseits den Austritt von Reaktionsgemisch an undichten Stellen der Form auf ein Minimum reduziert, andererseits aber noch ein sehr gutes Fließen des Schaumes gewährleistet, um komplizierte Hohlräume vollständig auszufüllen. Der Hartschaum steigt gleichmäßig auf, und sein Volumen nimmt rasch zu. Dadurch wird der Hohlraum auch bei einem relativ geringen Verdichtungsgrad vor der Abbindezeit vollständig gefüllt. Der Hartschaumstoff weist eine feinzellige Struktur auf und besitzt am Fließwegende eine gute Haftung an den Deckschichten. Der Anteil an verstreckten Zellen, Lunkern und Hohlräumen ist äußerst gering, so daß auch bei niedrigen Raumgewichten der Hartschaumstoff eine gute Dimensionsstabilität aufweist. Die aus dem erfindungsgemäß konfektionierten Ausgangsprodukt resultierenden Schaumstoffe ermöglichen eine hohe Produktionsgeschwindigkeit, insbesondere kurze Zykluszeiten bei der Fertigung von Kühlmöbeln. Des weiteren ergeben sich aus der vorliegenden Erfindung Vorteile bei der Herstellung von leichten Mehrschichtelementen auf kontinuierlich arbeitenden Doppelbandanlagen. Die Schaumfront läßt sich leichter visuell kontrollieren und eine optimale Fahrweise einstellen. Werden als Unterband stark gesickte Deckschichten verwendet, kommt es in der Praxis häufig zu Fließstörungen oder Problemen bei der Ausfüllung, die bekanntlich bei einem möglichst geringen Verdichtungsgrad erfolgen soll. Das Reaktionsgemisch läuft in die Vertiefungen, und es kommt zu einer ungünstigen Produktverteilung auf dem Unterband. Dieser Vorgang wird durch die erfindungsgemäße Lösung gebremst, so daß es möglich ist, die Produktmenge in den Profilvertiefungen und auf den Profilerhebungen entsprechend der jeweiligen Sickentiefe einzustellen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung werden beiden als Ausgangsprodukte zur Herstellung von Polyurethanhartschaum auftretenden Zwei- und Mehrkomponentensystem und bei Polyolgemischen, denen gegebenenfalls ein spezielles Polyisocyanat zugeordnet wird, wirksam. Die Zweikomponentensysteme sind verarbeitungsfertige Systeme, die in der Regel in dieser Form verarbeitet werden. Geringfügige Modifikationen hinsichtlich Reaktionsverhalten und Rohdichte können vom Anwender vorgenommen werden. Die Mehrkomponentensysteme können in der für die Verarbeitung erforderlichen Form hinsichtlich Menge und Anzahl an Komponenten aber auch in der Form, daß die Anwender entsprechend ihrerTechnologie bestimmte Zusatzstoffe eigenständig hinzufügen, produziert werden. Durch derartige Zusatzstoffe, die in Art und Menge variierbar sind, können insbesondere das Reaktionsverhalten, die Zellstruktur und die Rohdichte entsprechend den jeweiligen Anforderungen eingestellt werden. In speziellen Fällen ist auch die Einstellung einer erhöhten Flammwidrigkeit der aus den erfindungsgemäß hergestellten Ausgangsprodukten resultierenden Schaumstoffe durch den Zusatz geeigneter Flammschutzmittel möglich. Durch die Variationsmöglichkeiten ergibt sich zwangsläufig die Notwendigkeit, auch Mischungsverhältnisse, zum Beispiel der Polyolkomponente zur Isocyanatkomponente, zu verändern

Die Erfindung wird mit den folgenden Beispielen näher erläutert.

Ausführungsbeispiel 1

Entsprechend den in Tabelle 2 angegebenen Gew.-Teilen an Polyolen, Kennwerte siehe Tabelle 1, Hilfs- und Zusatzstoffen wird durch intensives Mischen die Polyolkomponente hergestellt. Davon werden 38,6g mit 41,4g eines Polyisocyanates, Basis rohes Diphenylmethandiisocyanat, wobei die Komponententemperatur 20 ±1 °C beträgt, in einem paraffinierten Pappbecher mit einem Rauminhalt von 500m³ intensiv verrührt. Die ermittelten Reaktionsdaten sind in Tabelle 3 enthalten. In analoger Weise werden erneut 38,6g der PoIykomponente mit 41,4g rohem Diphenylmethandiisocyanat gemischt. 120s nach dem Beginn des Vermischens wird auf den aufgeschäumten Schaumstoffpilz ein Floß mit einer Fläche von 3,14cm² gesetzt. Nach 270 s wird das Floß mit einem Gewicht von 9,81 Newton belastet. Die Stauchung des Polyurethanhartschaumstoff es durch das belastete Floß wird über einen. Faden auf die Welle eines Potentiometers übertragen. Ein Meßschreiber zeichnet eine der Stromänderung äquivalente Kurve auf, wobei die Stauchung des Schaumstoffes 12,5fach verstärkt wird. Die gemessene Differenz zwischen der vom Schreiber nach 500s registrierten Stauchung und dem Anfangszustand im Bereich von 260-27Os, angegeben in cm, wird als Aushärtung bezeichnet. Die Aushärtung ist in Tabelle 3 angegeben. Bei einer guten Aushärtung des Schaumstoffes wird eine geringe Stauchung registriert. Unterschiede von 0,1 bis 0,2cm liegen jedoch innerhalb der Fehlergrenze.

In einem geeigneten Gefäß werden 162g der Polyolkomponente und 173g rohes Diphenylmethandiisocyanat 10s intensiv verrührt und in ein temperiertes Werkzeug der Abmessungen 400 x 300 χ 80 mm³ gegossen. Das Werkzeug wird geschlossen, und man läßt den Schaumstoff unter Verdichtung aushärten. Die kürzeste Zeit, in der der Nachtrieb des Form körpers weniger als 1 % beträgt, wird als Formteilverweilzeit bezeichnet. Sie ist in Tabelle 3 angegeben.

Zur Ermittlung der Haftfestigkeit werden Bleche ein einem temperierten Werkzeug mit den Abmessungen 210 χ 40 χ 500 mm³ in der Mitte und oben am Fließwegende befestigt. Die Thermostatentemperatur wird auf 45°C eingestellt. In das Werkzeug wird ein Reaktionsgemisch, bestehend aus 70g der Polyolkomponente und 75g rohem Diphenylmethandiisocyanat, gegossen. Das Werkzeug wird anschließend verschlossen. Aus dem nach der Entformung erhaltenen Formkörper werden die Prüfkörper zur Bestimmung der Haftfestigkeit gewonnen. Die Werte sind in Tabelle 3 enthalten.

Um den Austrieb zu bestimmen, wird das eben beschriebene temperierte Werkzeug im Winkel von 45" über die 210 mm-Kante geneigt und am Tiefpunkt ein Spalt mit den Maßen 210 χ 1,5mm² geschaffen. Die Verschäumung/erfolgt analog zur Bestimmung der Haftfestigkeit. Der aus dem Spalt austretende Schaumstoff wird gewogen (siehe Tabelle 3).

Vergleichsbeispiel 1, 2 und 3

Analog Ausführungsbeispiel 1 wird die Polyolkomponente mit den in Tabelle 1 angegebenen Rohstoffen und den in Tabelle 2 angeführten Anteilen hergestellt und analog mit rohem Diphenylmethandiisocyanat verschäumt. Die ermittelten Reaktionsdaten, die Aushärtung, die Formteilverweilzeit, die Haftfestigkeitswerte und der Austrieb sind in Tabelle 3 enthalten.

Ausführungsbeispiel 2,3 und 4

Analog Ausführungsbeispiel 1 wird die Polyolkomponente mit den in Tabelle 1 angegebenen Rohstoffen und den in Tabelle 2 angeführten Anteilen hergestellt und analog mit rohem Diphenylmethandiisocyanat verschäumt.

Die ermittelten Reaktionsdaten, die Aushärtung, die Formteilverweilzeit, die Haftfestigkeitswerte und der Austrieb sind in Tabelle

3 enthalten.

Das Ausführungsbeispiei 3 wurde rezepturmäßig im Hinblick auf die Herstellung von gesickten Mehrschichtelementen aufgebaut. Aus diesem Grund erfolgt keine Angabe der Formteilverweilzeit.

Ausführungsbeispiei 5

Die mit den in Tabelle 1 angegebenen Rohstoffen und den in Tabelle 4 angegebenen Anteilen hergestellte Polyolkomponente wird auf einer Hochdruckmaschine mit rohem Diphenylmethandiisocyanat im Mischungsverhältnis 1:1,07 verschäumt. Es werden Normalkühlschränke mit einem Nutzraum von 2151 und einem Isoliervolumen von 801 bei einer Schichtdicke von 30 mm hergestellt. Die Temperatur des Stützkerns beträgt 4O⁰C. Die ermittelten Reaktionsdaten sind in Tabelle 4 enthalten. Die Haftung zwischen Schaumstoff und Deckschichten ist gut, und die Zykluszeit beträgt 7 min. Gegenüber dem Vergleichsbeispiel 4 zeigt sich ein deutlich verringerter Austrieb.

Vergleichbeispiel 4

Analog Ausführungsbeispiel 5 wird die mit den in Tabelle 1 angegebenen Rohstoffen und den in Tabelle 4 angegebenen Anteilen hergestellte Polyolkomponente mit rohem Diphenylmethandiisocyanat auf einer Hochdruckmaschine zur Herstellung von im Ausführungsbeispiel 5 beschriebenen Normalkühlschränken verschäumt. Die Verarbeitungsbedingungen sind gleich. Die ermittelten Reaktionsdaten sind in Tabelle 4 enthalten. Der Schaumstoff besitzt eine gute Haftung zu den Deckschichten, die Zykluszeit beträgt 7 min, und der Austrieb ist normal.

Tabelle 1

A Polyetheralkohol auf Basis Glycerol, OHZ = 420mg KOH/g

B Polyetheralkohol auf Basis Saccharose/Glycerol, OHZ = 480mg KOH/g

C Polyetheralkohol auf Basis aromatisches Polyamin/Glycerol, OHZ = 480 mg KOH/g D urethangruppenhaltiges Polyol, OHZ = 510mg KOH/g

E Polyetheralkohol auf Basis aromatisches Diamin/Glycerol, OHZ = 440mg KOH/g F Polyetheralkohol auf Basis Sorbitol, OHZ = 395 mg KOH/g

G 70%ige Lösung von Bis(2-dimetnylaminoethyl-)ether in Dipropylenglykol

H siliziumhaltiger Zellstabilisator

Tabelle 2

konfektioniertes Ausgangsprodukt

Ausführungs- Vergleichsbeispiel 1 beispiel 1 Gew.-Teile Gew.-Teile

Ausführungs- Vergleichs- Vergleichsbeispiel 2 beispiel 2 beispiel 3 Gew.-Teile Gew.-Teile Gew.-Teile

Ausführungs- Ausführungsbeispiel 3 beispiel 4 Gew.-Teile Gew.-Teile

A	12,0	12,0	15,0	15,0	beispiel 2	15,0	30,0	25,0
B			37,0	37,0	40,5
C	56,2	56,2
D			13,8	13,8	13,8	31,5
E							36,7
F						0,25	0,2
G	0,2	—	0,16	—	0,8	0,7	0,7
H	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	2,2
Glycerol						7,0	8,0
DPG						4,0
DMMP						1,55	1,2
DMCHA	1,6	1,8	0,54	0,7	0,2
DMBA			4,3	4,3	1,5	0,8	1,2
H2O	1,3	1,3	1,5	1,5	1,5	22,0	27,0
F11	28,0	28,0	27,0	27,0	26,0
Tabelle 3						Ausführungs	Ausführungs
Kennwerte der		Ausführungs	Vergleichs- Ausführungs- Vergleichs	Vergleichs	beispiel 3	beispiel 4
Verschäumung		beispiel 1	beispiel 1 beispiel 2	beispiel 3

Anteil Aminoether 0,07 (Gew.-%)

Startzeit (s) 13

Abbindezeit (s) 86

Klebfreizeit (s) 13.6

Steigzeit (s) 155

Rohdichte (Becher) 25 (kg/m³)

14

91

165

144

25

0,05

144

158

18

94

166

135

25

0,27

12

92

138

170

25

0,08

10 53 86 94 30

0,07

18

94

163

168

26

Kennwerte der Ausführungs- Vergleichs- Ausführungs- Vergleichs- Vergleichs- Ausführungs- Ausführungs-

Verschäumung beispiel 1 beispiel 1 beispiel2 beispie! 2 beispiel3 beispiel 3 beispiel4

Schaumstoff	feinzellig	feinzellig	feinzellig	feinzellig	mittelzellig	feinzellig	feinzellig
struktur					spröde Rand
					zone
Formteilver-	10	10	12	12	12	—	9
weilzeit (min)
Aushärtung (cm)	2,8	2,7	3,6	3,7	3,8	1,8	3,6
Haftung (p)oben	4Ό00	4100	3 300	3 200	1300	4900	3 300
Mitte	4200	4400 -	3100	3 200	2 500	4400	3 600
Austrieb (g)	0,6	3,7	0,6	4,2	0,2	0,4	0,8
Tabelle 4
konfektioniertes	Ausführungs	Vergleichs
Ausgangsprodukt	beispiel 5	beispiel 4

A(Gew.-Teile) 15,0

B(Gew.-Teile) 38,0

D(Gew.-Teile) 13,7

G (Gew.-Teile) — H(Gew.-Teile) 0,7

DMCHA (Gew.-Teile) 0,6

DMBA (Gew.-Teile) 4,5

H₂O (Gew.-Teile) 1,5

F 11 (Gew.-Teile) 26,0

Anteil Aminoether (%) —

15,0 38,0 13,8 0,16 0,7 0,54 4,3 1,5 26,0 0,05

Kennwerte:

Startzeit (s) 9

Abbindezeit (s) 58

Rohdichte (frei) 22

Schaumstoffstruktur feinzellig

57 22

feinzellig

Claims (3)

1. Konfektioniertes Ausgangsprodukt zur Herstellung von Hartschaumstoffen auf Polyurethanbasis, das nach dem Gießverfahren verarbeitbar ist und wobei das konfektionierte Ausgangsprodukt ein oder mehrere Polyole, gegebenenfalls Diole und/oder Triole und Hilfs- und Zusatzstoffe sowie gegebenenfalls ein bekanntes Polyisocyanat oder Polyisocyanatgemisch enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsstoff Bis(2-dimethylaminoethyl-)ether ist.

2. Konfektioniertes Ausgangsprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bis(2-dimethylaminoethyl-)ether eine Lösung in Dipropylenglykol ist.

3. Konfektioniertes Ausgangsprodukt nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die Gesamtrezeptur 0,03 bis 0,15 Gew.-% Bis(2-dimethylaminoethyl-)ether enthalten sind.