DE10136134A1 - Formteile, umfassend lichtstabile Polyurethane und Steinmaterialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Formteile, umfassend A) lichtstabile und optisch transparente Polyurethane mit einer kompakten Oberfläche, B) Füllstoffmaterialien auf Basis von Steinmaterialien und/oder C) Effektstoffen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung zur Herstellung von Audioinnenverkleidungen, Möbeln, Möbelverblendungen, Arbeitsplatten und Waschbecken.

Description

• Die Erfindung betrifft Formteile, umfassend A) lichtstabile und optisch transparente Polyurethane mit einer kompakten Oberfläche, B) Füllstoffmaterialien auf Basis von Steinmaterialen und/oder C) organische, mineralische oder metallische Effektstoffe sowie ein Verfahren zur deren Herstellung und deren Verwendung zur Herstellung von Autoinnenverkleidungen, Möbeln, Möbelverblendungen, Arbeitsplatten und Waschbecken.
• Zur Herstellung von Arbeitsplatten im Küchenbereich oder Waschtischplatten im Badbereich mit Steinimitat als Oberfläche ist es bekannt, Steinmaterialien in eine Kunststoffmatrix aus Acrylatpolymer, Polyester oder Epoxyharz einzubinden. Derartige Stein- Kunstoff-Verbundmaterialien sind unter den Markennamen Corian®, Rausolid® oder Marlan® bekannt. WO 97/10945 beschreibt die Herstellung eines plattenförmigen Bauteils, wobei die Sichtseite aus einer Schicht mit optisch ansprechender Oberfläche aufgebaut ist, die bevorzugt Acrylatpolymer und Quarzsand enthält.
• Ferner ist es bekannt, Steinmaterialien in Polyurethanschäume zur Herstellung von Platten oder Formteilen einzubinden. WO 98/58994 und EP-A-965 611 beschreiben die Herstellung von Formteilen aus einem Polyurethanschaumstoff unter Zumischung von Füllmitteln und Farbstoffen, die sich zu einem Steinimitat verbinden. Zur Erreichung von optisch hochwertigen Oberflächen, insbesondere für Küchenarbeits- und Verkleidungsplatten oder Einrichtungsgegenstände wie Duschtassen oder Fensterbänke, wird in den Schriften vorgeschlagen, das Polyurethan-Steinimitat mit einer Natursteinschicht, die relativ dünn ist, zu beschichten. Derartige Naturstein-Polyurethan-Verbundbauteile sind in der Herstellung aufwendig und kostenintensiv.
• Ebenfalls werden Verblendungsmaterialien mit Stein- oder Steinimitatsoberfläche von der Automobilherstellung verwendet. Da hier häufig Formteile mit komplizierten Geometrien erforderlich sind, sind die vorstehend genannten Kunststoff-Stein-Verbundformteile nicht sonderlich geeignet. Daher werden zur Innenverkleidung in Kraftfahrzeuge häufig Marmor- oder Granittäfelchen verwendet.
• Aufgabe der Erfindung war es nun, ein langlebiges Kunststoff- Stein-Verbundformteil bereitzustellen, dass eine optisch so hochwertige Oberfläche hat, dass es ohne mit Naturstein beschichtet zu werden als Steinimitat zur Herstellung von beispielsweise Küchenplatten, Autoinnenverkleidungen und Möbelverblendungen Verwendung finden kann, wobei das Formteil nicht nur in Plattenform sondern auch in komplizierten Geometrien herstellbar sein soll und wobei die mechanischen Eigenschaften des Verbundformteils variabel einstellbar sein sollen, d. h. es soll sowohl ein weiches wie auch ein hartes Verbundformteil herstellbar sein.
• Ferner soll ein Kunststoff-Stein-Verbundformteil bereit gestellt werden, das keine Substanzen enthält, die gesundheitsschädlich und flüchtig sind.
• Die Aufgabe konnte gelöst werden durch ein Formteil, erhältlich durch Einbringen von Steinmaterialien in ein Polyurethan, wobei das Polyurethan transparent und lichtstabil ist und eine kompakte Oberfläche aufweist.
• Gegenstand der Erfindung ist daher ein Formteil, umfassend
  
• A) lichtstabile und optisch transparente Polyurethane mit einer kompakten Oberfläche,
• B) Füllstoffmaterialien auf Basis von Steinmaterialen und/oder
• C) organische, mineralische oder metallische Effektstoffe oder ein Gemisch davon.
• Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils durch Umsetzung von
  
• a) Polyisocyanaten mit
• b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen,
• c) gegebenenfalls Katalysatoren und
• d) gegebenenfalls Zusatzstoffen,
zu einem lichtstabilen und optisch transparenten Polyurethan, bevorzugt mit mindestens einen Lichtechheitstyp von 5 gemäß DIN 75202 und eine optische Transparenz von mindestens 70% gemäß ASTM 1746-97, mit kompakter Oberfläche,
wobei der Komponente aa), der Komponente bb) oder den Komponenten aa) und bb) Füllstoffmaterialien auf Basis von Steinmaterialien (B) und/oder organische, mineralische oder metallische Effektstoffen (C) vor der Umsetzung zugegeben wird,
oder,
wobei dem Reaktionsgemisch der Komponenten aa) und bb) und gegebenenfalls cc) und dd) kontinuierlich Füllstoffmaterialien auf Basis von Steinmaterialien (B) und/oder organische, mineralische oder metallische Effektstoffen (C) zugegeben werden.
• Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verbundbauteil, aufgebaut aus einem vorstehend beschriebenem Formteil, wobei das Formteil auf ein Trägermaterial aufgebracht ist.
• Schließlich ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung eines vorstehend beschriebenen Formteils zur Herstellung von Autoinnenverkleidungen, Möbeln, Möbelverblendungen, Arbeitsplatten und Waschbecken.
• Unter Polyurethan (A) werden im Rahmen dieser Erfindung Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte verstanden, die erhältlich sind durch Umsetzung von
  
• a) Polyisocyanaten mit
• b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen,
• c) gegebenenfalls Katalysatoren und
• d) gegebenenfalls Zusatzstoffen,
zu einem lichtstabilen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukt mit optischer Transparenz und einer kompakten Oberfläche.
• Als Polyisocyante (aa) kommen die an sich bekannten aromatischen, araliphatischen, aliphatischen und/oder cycloaliphatischen organischen Isocyanate, bevorzugt Diisocyanate, in Frage. Im einzelnen seien beispielhaft genannt: Alkylendiisocyanate mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest, wie 1,12-Dodecandiisocyanat, 2-Ethyl-tetramethylendiisocyanat-1,4, 2-Methylpentamethylendiisocyanat-1,5, Tetramethylendiisocyanat-1,4, Lysinesterdiisocyanate (LDI) und/oder Hexamethylendiisocyanat-1,6 (HDI); cycloaliphatische Diisocyanate wie Cyclohexan-1,3- und 1,4-diisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, 2,4- und 2,6-Hexahydrotoluylendiisocyanat sowie die entsprechenden Isomerengemische, 4,4'-, 2,2'- und 2,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat sowie die entsprechenden Isomerengemische und/oder 1-Isocyanato-3,3,5-methyl-5- isocyanatomethylcyclohexan (IPDI). Des weiteren sind als Isocyanate (aa) beispielhaft zu nennen: 2,4- und 2,6-Toluylendü socyanat und die entsprechenden Isomerengemische, 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat und die entsprechenden Isomerengemische, Mischungen aus 4,4'- und 2,2'-Diphenylmethandiisocyanaten, Polyphenylpolymethylenpolyisocyanate, Mischungen aus 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diphenylmethandiisocyanaten und Polyphenylpolymethylen-polyisocyanaten (Roh-MDI) und Mischungen aus Roh-MDI und Toluylendiisocyanaten. Außerdem können Mischungen enthaltend mindestens zwei der genannten Isocyanate als (a) eingesetzt werden.
• Des weiteren können modifizierte Isocyanate mit Isocyanurat-, Biuret-, Ester-, Harnstoff-, Allophanat-, Carbodiimid-, Uretdion- und/oder Urethangruppen, letztere im Folgenden auch als Urethangruppen-modifiziert bezeichnet, enthaltende Polyisocyanate in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
• Besonders bevorzugt werden als (aa) Polyisocyanate aliphatische und/oder cycloaliphatische Diisocyanate, insbesondere Hexamethylen-1,6-diisocyanat, die Isomeren des Dicyclohexylmethandiisocyanats und/oder 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan, die gegebenenfalls isocyanuratisiert, biuretisiert und/oder Urethangruppen-modifiziert sein können, eingesetzt.
• Die aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Isocyanate bieten den Vorteil, dass die mit diesen Isocyanaten hergestellten Produkte in der Regel eine verbesserte Lichtstabilität und eine geringere Eigenfarbe aufweisen. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyurethane sind lichtstabil. Im allgemeinen weisen sie einen Lichtechheitstyp nach DIN 75202 von mindestens 5, bevorzugt von mindestens 6 und besonders bevorzugt von mindestens 7 auf.
• Zur Erreichung dieser Lichtstabilität ist es vorteilhaft, den Anteil an aliphatischen Polyisocyanaten an der Polyisocyanatkomponente (aa) entsprechend zu wählen. Vorteilhafterweise sind werden mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, insbesondere 100 Gew.-% aliphatische Polyisocyanate verwendet.
• Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (bb) können in dem erfindungsgemäßen Verfahren übliche Substanzen, beispielsweise mit einem Molekulargewicht von 60 bis 10.000 eingesetzt werden, beispielsweise bekannte Polyetherpolyalkohole, Polyesterpolyalkohole, Polyetherpolyesterpolyalkohole, Polythioetherpolyole, polymermodifizierte Polyetherpolyole, Pfropfpolyetherpolyole, insbesondere solche auf Styrol- und/oder Acrylnitrilbasis, Polyetherpolyamine, hydroxylgruppenhaltigen Polyacetale und/oder hydroxylgruppenhaltigen aliphatischen Polycarbonate und/oder hydroxylgruppenhaltige Polyvinylpolymere, insbesondere Polyacrylate oder Polyacrylat-copolymere, die nach allgemein bekannten Verfahren hergestellt werden können und üblicherweise ein Molekulargewicht von 400 bis 8000 aufweisen.
• Als Polyetherpolyalkohole können allgemein bekannte Verbindungen eingesetzt werden, die nach bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Alkoxylierung von Startersubstanzen mit Alkylenoxiden. Die Herstellung kann als anionische Polymerisation mit Alkalihydroxiden oder Alkalialkoholaten als Katalysatoren und unter Zusatz mindestens eines Startermoleküls, das 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6, reaktive Wasserstoffatome gebunden enthält, oder als kationische Polymerisation mit Lewis-Säuren, wie Antimonpentachlorid, Borfluorid-Etherat u. a. oder Bleicherde, als Katalysatoren mit einem oder mehreren Alkylenoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest oder als neutrale Polymerisation unter Verwendung von Multimetallcyanidkatalysatoren durchgeführt werden.
• Geeignete Alkylenoxide zur Herstellung der Polyole sind beispielsweise Tetrahydrofuran, 1,3-Propylenoxid, 1,2- bzw. 2,3-Butylenoxid, Styroloxid und vorzugsweise Ethylenoxid und 1,2-Propylenoxid. Die Alkylenoxide können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischungen verwendet werden. Bevorzugt werden Alkylenoxide verwendet, die zu primären Hydroxylgruppen in dem Polyol führen. Besonders bevorzugt werden als Polyole solche eingesetzt, die zum Abschluß der Alkoxylierung mit Ethylenoxid alkoxyliert wurden und damit primäre Hydroxylgruppen aufweisen. Als Startermoleküle kommen beispielsweise in Betracht: Wasser, organische Dicarbonsäuren, aliphatische und aromatische, gegebenenfalls N-mono-, N,N- und N,N'-dialkylsubsti-tuierte Diamine mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, Alkanolamine, Ammoniak sowie mehrwertige Alkohole, wie Ethandiol, Propandiol-1,2 und -1,3, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit und Saccharose. Bevorzugt werden als Polyetherpolyalkohole Anlagerungsprodukte von Ethylenoxid und/oder Propylenoxid an Glycerin, Trimethylolpropan, Ethylendiamin und/oder Pentaerythrit einzeln oder in Mischungen eingesetzt.
• Als Polyesterpolyalkohole können allgemein bekannte Verbindungen eingesetzt werden, die nach bekannten Verfahren hergestellt werden können. Geeignete Polyesterpolyole können beispielsweise aus organischen Dicarbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise aliphatischen Dicarbonsäuren mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen, und mehrwertigen Alkoholen, vorzugsweise Diolen, mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen hergestellt werden. Anstelle der freien Dicarbonsäuren können auch die entsprechenden Dicarbonsäurederivate eingesetzt werden. Eingesetzt werden können ferner Polyesterpolyole aus Lactonen, z. B. Caprolacton oder Hydroxycarbonsäuren. Die erhaltenen Polyesterpolyole besitzen vorzugsweise eine Funktionalität von 2 bis 4, insbesondere 2 bis 3, und eine Hydroxylzahl von bevorzugt 20 bis 400 mg KOH/g.
• Ein geringerer Anteil an aromatischen Bestandteilen führt im allgemeinen zu einer höheren Lichtechtheit im resultierenden Polyurethan. Bevorzugt werden als Komponente b) Verbindungen eingesetzt, die einen aromatischen Anteil von maximal 5 Gew-% aufweisen, besonders bevorzugt Verbindungen eingesetzt, die keine aromatischen Gruppen aufweisen.
• Des weiteren können als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (bb) Diole, Triole, Amine, Aminoalkohole, Thiole und/oder Polyole mit Molekulargewichten von 60 bis < 1000, bevorzugt 60 bis < 500 als Kettenverlängerungsmittel eingesetzt werden, beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische und/oder araliphatische Diole mit 2 bis 14, vorzugsweise 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Ethylenglykol, Propandiol-1,3, Glycerin und Trimethylol-Propan.
• In einer bevorzugten Ausführungsform setzt man zur Herstellung der transparenten Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte als Komponente (bb) eine Mischung ein, die eine mittlere Funktionalität von größer gleich 2,0, bevorzugt größer 2,2 und besonders bevorzugt größer 2,5 und eine mittlere Hydroxylzahl von 20 bis 1500, bevorzugt von 100 bis 1200 und besonders bevorzugt von 300 bis 1000 mg KOH/g aufweist, insbesondere eine solche Mischung, die die folgenden Komponenten enthält:
  45 bis 99 Gew.-% einer Mischung (i), enthaltend mindestens ein Polyetherpolyalkohol, wobei die Mischung (i) eine mittlere Funktionalität von mindestens 3, bevorzugt 3,1 bis 6, und eine mittlere Hydroxylzahl von 650 bis 950, bevorzugt 700 bis 940 mg KOH/g aufweist,
  1 bis 55 Gew.-% einer Mischung (ii) enthaltend mindestens ein Polyesterpolyalkohol, wobei die Mischung (ii) eine mittlere Funktionalität von 2 bis 3 und eine mittlere Hydroxylzahl von 20 bis 200 mg KOH/g aufweist.
• Der Ausdruck Mischung, wie er in dieser Schrift verwendet wird, bedeutet nicht, daß die darin enthaltenen Verbindungen notwendig als Mischung mit den Isocyanaten in Kontakt gebracht wird, sondern wird lediglich zur Definition der Menge benutzt, die die erfindungsgemäßen mittleren Funktionalitäten und Hydroxylzahlen aufweisen soll.
• Als Katalysatoren (cc) zur Herstellung der Produkte können gegebenenfalls allgemein bekannte Verbindungen eingesetzt werden, die die Reaktion von Isocyanaten mit den gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen stark beschleunigen, wobei vorzugsweise ein Gesamtkatalysatorgehalt von 0,001 bis 15 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der insgesamt eingesetzten gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen (bb), verwendet wird.
• Im Folgenden seien mögliche Katalysatoren (cc) beispielhaft genannt: t-Alkanolaminverbindungen, wie Triethanolamin, Triisopropanolamin, N-Methyl- und N-Ethyl-diethanolamin, Dimethylaminoethanol, 2-(N,N-Di-methylaminoethoxy)ethanol, N,N',N"-Tris-(dialkylaminoalkyl)hexahydrotriazine, z. B. N,N',N"-Tris-(dimethylamino-propyl)- s-hexahydrotriazin, bevorzugt Triethylendiamin, Pentamethylendiethylentriamin und/oder Bis(dimethylamino)ether; Metallsalze, beispielsweise anorganische und/oder organische Verbindungen des Eisens, Bleis, Zinks, und/oder Zinns in üblichen Oxidationsstufen des Metalls, beispielsweise Eisen(II)-chlor-id, Zinkchlorid, Bleioctoat und vorzugsweise Zinnverbindungen, wie Zinn(II)-Verbindungen, insbesondere Zinndioctoat, Zinndiethylhexanoat und/oder Zinn(IV)-Verbindungen, wie Di-alkyl-zinn- di(isooctylmercaptoacetat), Di-alkyl-zinn- di(2-ethyl-hexylmaleat), Di-alkyl-zinn-di(2-ethyl-hexylmercaptoacetat), Di-alkylzinn-di(isooctylmercaptoacetat), Di-alkyl-zinn-dilaurat, Di-alkyl-zinn-dimaleat, Di-alkyl-zinn-di(mercaptoacetat).
• Besonders bevorzugt werden als Zinnverbindungen solche verwendet, die keine Butyl-Zinngruppen enthalten, wie Zinndioctoat, Dioctylmethylzinndilaurat, Dioctylzinndiacetat, Dioctylzinndi-2-ethylhexanoat, Dioctylzinndilaurat und/oder Dioctylzinnmercaptid, Di- n-dodecylzinn-bis(isooctylmercaptoacetat); Dimethylzinnbis(isooctylmercaptoacetat.
• Gegebenenfalls könne auch tertiäre Amine, beispielsweise Tri- ethylamin, Tri-butylamin, Dimethylbenzylamin, Dicyclohexylmethylamin, Dimethylcyclohexylamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-diaminodiethylether, Bis-(dimethylaminopropyl)-harnstoff, N-Methyl- bzw. N-Ethylmorpholin, N-Cyclohexylmorpholin, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethylbutandiamin, N,N,N',N'-Tetramethylhexandiamin-1,6, Pentamethyldiethylentriamin, Dimethylpiperazin, N-Dimethylaminoethylpiperidin, 1, 8-Diazabicyclo(5.4.0)undecen-7, 1,2-Dimethylimidazol, 1-Azabicyclo-(2,2,0)-octan, 1,4-Diazabicyclo-(2,2,2)-octan (Dabco) und Amidine, wie 2,3-Dimethyl-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin, Tetraalkylammonium-hydroxide, wie Tetramethylammoniumhydroxid, Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid und Alkalialkoholate, wie Natriummethylat und Kaliumisopropylat, sowie Alkalisalze von langkettigen Fettsäuren mit 10 bis 20 C-Atomen und gegebenenfalls seitenständigen OH-Gruppen als Katalysatoren verwendet werden.
• Die beispielhaft genannten Katalysatoren (cc) können einzeln oder in Mischungen enthaltend mindestens zwei der genannten Katalysatoren eingesetzt werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der eingesetzte Katalysator keine Butylzinngruppen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält der Katalysator keine Butylzinngruppen und keine Katalysatoren auf Basis von Aminen.
• Als Zusatzstoffe (dd) können gegebenenfalls übliche Substanzen in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Genannt seien beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, interne Trennmittel (IMR), Flammschutzmittel, Hydrolyseschutzmittel, fungistatische und bakteriostatisch wirkende Substanzen sowie UV-Stabilisatoren und Antioxidantien, soweit diese die Transparenz der Produkte nicht beeinträchtigen. Insbesondere der Einsatz von Antioxidantien und UV-Schutzmitteln in dem erfindungsgemäßen Verfahren kann für viele Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen, transparenten Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte von Vorteil sein, da durch Zusatz dieser Stoffe ein Vergilben, Verfärben oder Verspröden der Produkte verhindert werden kann. Als UV-Stabilisatoren können beispielsweise die in der EP-A 712 887 auf der Seite 4, Zeilen 10 bis 20, genannten Verbindungen eingesetzt werden. Als Antioxidantien können beispielsweise die in EP-A 712 887, Seite 4, Zeilen 21 bis 28, beschriebenen Substanzen verwendet werden.
• Zur Herstellung der Polyurethane können die Isocyanate (aa) und die gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen (bb) in solchen Mengen zur Umsetzung gebracht, dass das Äquivalenzverhältnis von NCO-Gruppen von zur Summe der reaktiven Wasserstoffatome von bevorzugt 0,70 bis 3,0 : 1, besonders bevorzugt 0,9 bis 1,5 : 1 und insbesondere 0,95 bis 1,2 : 1, beträgt. Falls die Polyurethanformkörper zumindest teilweise Isocyanuratgruppen gebunden enthalten, wird üblicherweise ein Verhältnis von NCO-Gruppen zur Summe der reaktiven Wasserstoffatome von 1,5 bis 60 : 1, vorzugsweise 1,5 bis 8 : 1, angewandt.
• Die Polyurethane der vorliegenden Erfindung weisen eine kompakte Oberfläche auf. Bevorzugt handelt es sich um kompakte Polyurethane, die ohne Treibmittel hergestellt werden. Die Umsetzung erfolgt bevorzugt unter möglichst vollständiger Abwesenheit, besonders bevorzugt vollständiger Abwesenheit, von Wasser. Es ist gegebenenfalls auch möglich, Polyurethane mit kompakter Oberfläche aber zelligen Kern zu verwenden.
• Die Produkte werden üblicherweise nach dem bekannten one-shot oder dem ebenfalls bekannten Prepolymerverfahren hergestellt. Bei dem bekannten Prepolymerverfahren wird in einem ersten Schritt üblicherweise aus der Komponente (aa) und im Unterschuss (bb) ein Isocyanatgruppen-aufweisendes Prepolymer oder aus der Komponente (bb) und im Unterschuss (aa) ein gegenüber Isocyanaten reaktives Prepolymer hergestellt, das anschließend mit weiterer Komponente (bb) bzw. (aa) zu den gewünschten Produkten umgesetzt wird. Das Prepolymerverfahren zeigte in dem erfindungsgemäßen Verfahren den Vorteil, daß der Schrumpf bei der Herstellung des Produktes reduziert werden konnte. Bei dem one-shot Verfahren erfolgt die Umsetzung der Komponenten (aa), (bb) und gegebenenfalls (cc) und/oder (dd) zum Produkt in einem Schritt.
• Die Umsetzung zum Produkt kann wie bereits beschrieben, beispielsweise durch Handguß, durch Hochdruck- oder Niederdruckmaschinen, oder durch RIM-Verfahren (reaction-injection-molding) in Formwerkzeugen durchgeführt werden. Geeignete PU-Verarbeitungsmaschinen sind handelsüblich erhältlich (z. B. Fa. Elastogran, Isotherm, Hennecke, Kraus Maffei u. a.).
• Möglichst blasenfreie Reaktionskomponenten sind vorteilhaft bei der Herstellung von transparenten Polyurethanen. Bei der Verarbeitung mit PU-Maschinen ist es deshalb auch vorteilhaft, wenn während der Verarbeitung die Vorlagebehälter unter vermindertem Druck stehen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Komponenten (aa) und/oder (bb) vor der Verarbeitung durch Anlegen von Unterdruck im Bereich von 1-1000 mbar, bevorzugt von 700 bis 1000 mbar entgast, um blasenfreie Formteile zu erhalten.
• Zur Erzielung blasenfreier Formteile ist es weiterhin vorteilhaft, die Umsetzung der Komponenten (aa) und (bb) und gegebenenfalls (cc) und (dd) bei einem Druck von 1 bis 200 bar, bevorzugt von 100 bis 200 bar durchzuführen.
• Die Ausgangskomponenten werden üblicherweise in Abhängigkeit vom Anwendungsfall bei einer Temperatur von 20 bis 120°C, vorzugsweise von 30 bis 100°C und ganz bevorzugt zwischen 40-90°C, gemischt und in das geschlossene oder offene Formwerkzeug eingebracht.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Formwerkzeug mit einer Temperatur von 20 bis 120°C, vorzugsweise von 30 bis 100°C und besonders bevorzugt zwischen 40 bis 90°C beheizt.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das geschlossene Formwerkzeug mit einem Werkzeugdruck von 0,1 bis 100 bar, vorzugsweise von 1 bis 30 bar und besonders bevorzugt zwischen 5 bis 20 bar beaufschlagt.
• Die Vermischung kann, wie bereits dargelegt wurde, mechanisch mittels eines Rührers oder einer Rührschnecke durchgeführt werden, oder kann in einem üblichen Hochdruckmischkopf erfolgen.
• Die resultierende Polyurethane weisen im allgemeinen eine optische Transparenz von mindestens 70%, bevorzugt von mindestens 75%, besonders bevorzugt von mindestens 80% und insbesondere von mindestens 85% auf. Die optische Transparenz wird nach ASTM 1746-97 bestimmt. Neben einer hohen optischen Transparenz weisen die Polyurethane (A) einen geringen Streulichtanteil auf. Im allgemeinen liegt der Streulichtanteil unter 20%, bevorzugt unter 10%, besonders bevorzugt unter 5%.
• Als Füllstoffmaterialien auf Basis von Steinmaterialien (B) werden im allgemeinen mineralische Stoffe auf Basis von Oxiden, wie Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder Calciumoxid, Hydroxiden, Carbonaten, Sulfaten, Halogeniden und dergleichen sowie Gemischen daraus verwendet. Beispiele hierfür sind Marmor (z. B. Granomar™), Quarz, Granit, Glimmer (z. B. Eisenglimmer Ironor™ und Muskovitglimmer MU™, Flint (z. B. Luxovite®, Ceracollux®) und Barytmehle (z. B. Diamelia™). In einer weiteren Ausführungsform können die Füllstoffmaterialien eingefärbt sein und/oder oberflächenmodifiziert werden. Die mittlere Teilchengröße der Füllstoffmaterialien liegt zwischen 1 µm und 20 mm, bevorzugt 20 µm und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 50 µm und 5 mm. Die Form der Materialien kann beliebig gewählt werden, wie beispielsweise rund, eckig stäbchenförmig und/oder kubisch.
• Als organische, mineralische oder metallische Effektstoffe (C) finden Stoffe Verwendung, welche die Oberfläche des Formteils optisch aufwerten können. Beispiele hierfür sind Glasstücke, Farbpigmente, Farbstoffe oder Metallstücke, die eine Farb- oder Glanzeffekt hervorrufen können.
• Die Füllstoffe (B) und/oder Effektstoffe (C) werden im allgemeinen insgesamt in einer Menge von 5 bis 95 Gew.-%, bevorzugt von 30 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt von 40 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Formteils eingesetzt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Mischung aus Füllstoffe (B) und Effektstoffe (C) maximal 50 und ganz bevorzugt maximal 5 Gew.-% Effektstoffe (C). In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Polyurethan A) lediglich Füllstoffe B).
• Die Zudosierung der Füllstoffe kann durch zwei bevorzugte Verfahren erfolgen:
1) Online-Dosierung
• Im Fall der Online-Dosierung wird der Feststoff in der gewünschten bzw. erforderlichen Konzentration dem bereits aufbereiteten, d. h. die PUR-Komponenten - ohne Füllstoff - sind bereits vermischt, Reaktionsgemisch zudosiert, z. B. mit Hilfe von Förderschnecken, Luftförderanlagen etc. In speziell für diesen Prozess konzipierten Mischköpfen erfolgt dann die Vernetzung/Dispergierung der Füllstoffe mit dem Reaktionsgemisch. Derartige Maschinen werden von Cannon (Inter-Wet-Verfahren, Krauss-Maffei (LFI-Verfahren) und Hennecke (FiberTecPlus-Verfahren) angeboten. Als Alternative hierzu kann auch die Vernetzung/Dispergierung der Füllstoffe mit dem PUR-Reaktionsgemisch mit Hilfe von Extrudern erfolgen.
• 2) Batch-Verfahren
• Wesentliches Kennzeichen dieser Verfahrensweise ist, dass der Feststoff einer und/oder beiden PUR-Ausgangskomponenten in der erforderlicher Konzentration zugemischt wird. Die Mischung aus PUR-Komponenten und Feststoff sowie die zweite PUR-Komponenten wird dann mit Hilfe geeigneter Dosierpumpen (z. B. Tauchkolbenpumpen, Zahnradpumpen) dem Mischkopf zugeführt und dort intensiv gemischt. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Feststoffe (Korngröße, Verteilung, Härte) kommen dafür Hoch- als auch Niederdruck-Mischköpfe in Frage. Eine weitere Möglichkeit der Batch-Dosierung, dass die PUR-Komponenten und die Feststoffe in ein Rührgefäß eingewogen und dann mit Hilfe eines Rührers intensiv miteinander vermischt werden. Anschließend wird das Reaktionsgemisch aus dem Gefäß z. B. in Formen oder auf das zu beschichtende Trägermaterial gegossen.
• Die erfindungsgemäßen Formteile werden im allgemeinen in Plattenform oder als Formteile mit komplizierter Geometrie, wie beispielsweise Verblendungsteile im KFZ, hergestellt. Üblicherweise weisen sie eine Dicke von 1 bis 100 mm, bevorzugt von 5 bis 50 mm auf. Sofern die Formteile an unterschiedlichen Stellen eine unterschiedliche Dicke aufweisen, so bezieht sich die vorstehend gemachten Angaben auf die durchschnittliche Dicke.
• Die erfindungsgemäßen Formteile können in einer weiteren Ausführungsform mit transparenten Deckschichten, bzw. Beschichtungen, die üblicherweise eine Dicke von 0,1 bis 3 mm aufweisen, ausgerüstet werden. Die Deckschichten können beliebigen transparenten Kunststoffen bestehen, bevorzugt sind Acrylatpolymere und kompakte Polyurethane. Diese Deckschichten, die beispielsweise die Aufgabe eines in mehreren Schichten aufgetragenen Klarlackes, z. B. zum Schutz von Oberflächen und/oder zur Erhöhung Tiefeneindrucks der erfindungsgemäßen Formteile, übernehmen können, werden im Falle einer Polyurethandeckschicht entsprechend den vorstehend gemachten Ausführungen im one-shot- oder Prepolymerverfahren hergestellt.
• Die Erfindung umfasst neben den erfindungsgemäßen Formteilen auch Verbundelemente, aufgebaut aus einem erfindungsgemäßen Formteil, wobei dieses auf ein Trägermaterial aufgebracht ist. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundbauteile kann das Reaktionsgemisch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile auf ein Trägermaterial wie Metall, beispielsweise Aluminium und Eisenbleche, Holz, Papier Kunststoffen, Glas, aufgebracht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Trägermatrial in ein Formwerkzeug eingelegt und anschließend wird das Reaktionsgemisch aus Polyurethan und Füllstoffmaterialien in die Form eingetragen.
• Die erfindungsgemäßen Formteile eignen sich zur Verwendung zur Herstellung von Möbeln und Möbelteilen wie Arbeitsplatten, Waschbecken, Möberverblendungen, von Autoinnenverkleidungen, wie Zierblenden, von Bedarfgegenständen wie Geschirr, Anhänger, Uhrengehäuse, Lautsprecherboxen.
Beispiel
• Die A-Komponente (Polyolkomponente), bestehend aus 100 Teilen Trimethyolpropan-propoxylat mit einer Hydroxylzahl von 860 mg/KOH/g und einem nominalen Molekulargewicht von 200 g/mol und 0,2 Teilen Fomrez® UL 28 (Fa. Witco) als Katalysator, wird auf einer InterWet-Polyurethane-Co-Injection-Anlage von Afros- Cannon mit der B-Komponente (Isocyanatkomponente), bestehend aus 100 Teilen Lupranat® 9001 (HDI-Biuret), in einem Mischungsverhältnis von 100 : 295 zur Reaktion gebracht. Die A- und B- Komponenten sind auf 55-60°C vorgeheizt.
• Der eingetragene Füllstoffanteil beträgt 60%, bezogen auf die Gesamtaustragsmenge, bestehend aus A-und B-Komponente und Füllstoff.
• Die offene Verarbeitungszeit der Reaktionsmischung beträgt 80 Sekunden.
• Das Reaktionsgemisch wird in eine auf 60 bis 90°C beheizte Form eingetragen. Nach dem Eintrag des Reaktionsgemisches wird der Formenträger geschlossen.
• Nach 5 bis 15 Minuten wird die Form geöffnet und das Werkstück aus der Form entnommen.
• Als Füllstoff wird Marmorkörnungen der Fa. Ziegler&Co. GmbH mit der Körnung 0,7-1,2 mm verwendet, mit den Farben Bianco Carrara, Rosso Verona und Nero Ebano.

Claims (11)

1. Formteil, umfassend

A) lichtstabile und optisch transparente Polyurethane mit einer kompakten Oberfläche,

B) Füllstoffmaterialien auf Basis von Steinmaterialen und/oder

C) organische, mineralische oder metallische Effektstoffe oder ein Gemisch davon.

2. Formteil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Polyurethan (A) mindestens einen Lichtechtheitstyp von 5 gemäß DIN 75202 und eine optische Transparenz von mindestens 70% gemäß ASTM 1746-97 aufweist.

3. Formteil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polyurethan (A) auf Basis aliphatischer Polyisocyanate verwendet wird.

4. Formteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffmaterialien (B) und/oder Effektstoffe (C) insgesamt in einer Menge von 5 bis 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Formteils, eingesetzt werden.

5. Formteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der eingesetzten Polyurethane (A) Vernetzungskatalysatoren eingesetzt werden, die keine Butylzinngruppen enthalten.

6. Formteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der eingesetzten Polyurethane (A) Vernetzungskatalysatoren eingesetzt werden, die keine Amingruppen enthalten.

7. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich mit einer transparenten Deckschicht überzogen ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Formteils nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durch Umsetzung von

a) Polyisocyanaten mit

b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen,

c) gegebenenfalls Katalysatoren und

d) gegebenenfalls Zusatzstoffen,

zu einem lichtstabilen und optisch transparentem Polyurethan mit einer kompakten Oberfläche,
wobei der Komponente aa), der Komponente bb) oder den Komponenten aa) und bb) Füllstoffmaterialien auf Basis von Steinmaterialien (B) und/oder organische, mineralische oder metallische Effektstoffen (C) vor der Umsetzung zugegeben wird,
oder,
wobei dem Reaktionsgemisch der Komponenten aa) und bb) und gegebenenfalls cc) und dd) kontinuierlich Füllstoffmaterialien auf Basis von Steinmaterialien (B) und/oder organische, mineralische oder metallische Effektstoffen (C) zugegeben werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten aa) und bb) vor der Umsetzung entgast werden.

10. Verwendung eines Formteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Autoinnenverkleidungen, Möbeln, Möbelverblendungen, Arbeitsplatten und Waschbecken.

11. Verbundbauteil, aufgebaut aus einem Formteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Formteil auf ein Trägermaterial aufgebracht ist.