Demgemäß besteht
nach wie vor die Möglichkeit,
einen Verbundgegenstand mit erhöhter
Durchstoßfestigkeit
herzustellen. Es besteht außerdem
nach wie vor die Möglichkeit,
den Verbundgegenstand mit der verbesserten Durchstoßfestigkeit
mit erhöhter
Geschwindigkeit und Produktionsleistung und mit verringertem Chemikalienaufwand
und somit verringerten Produktionskosten herzustellen.
KURZE DARSTELLUNG DER
ERFINDUNG UND VORTEILE
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines
Verbundgegenstands in einer Form mit einer Formhöhlung. Bei einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bringt man bei dem Verfahren eine Isocyanatkomponente
und eine Polytetrahydrofuran enthaltende Harzzusammensetzung in
die Formhöhlung
ein. Außerdem
setzt man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung
zu einer elastomeren Urethanzusammensetzung um. Ferner härtet man
bei dem Verfahren die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung
einer ersten Schicht mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis
1,15 g/ml.
Bei
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sprüht
man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die das Polytetrahydrofuran
enthaltende Harzzusammensetzung in einem konischen Sprühmuster
oder einem weitgehend planaren Sprühmuster in die Formhöhlung ein.
Außerdem
setzt man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung
zu einer elastomeren Urethanzusammensetzung um. Ferner härtet man
bei dem Verfahren die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung
der ersten Schicht.
Sowohl
bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform bringt man bei dem
Verfahren eine von der elastomeren Urethanzusammensetzung verschiedene
Urethanzusammensetzung in die Formhöhlung ein. Bei diesen Ausführungsformen
härtet
man bei dem Verfahren außerdem
die Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung zur Bildung einer zweiten
Schicht und zur Bildung des Verbundgegenstands und entfernt den
Verbundgegenstand aus der Formhöhlung.
Das
Verfahren zur Herstellung des Verbundgegenstands ist an sich etabliert.
Es beseitigt die Notwendigkeit der kontinuierlichen Erhöhung der
Dicke der ersten Schicht zur Erhöhung
der Durchstoßfestigkeit
und ermöglicht
die Herstellung des Verbundgegenstands mit erhöhter Geschwindigkeit und Produktionsleistung und
weniger Chemikalienaufwand und somit verringerten Produktionskosten.
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verbundgegenstand mit der
ersten Schicht mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml,
enthaltend ein gehärtetes Umsetzungsprodukt
der Isocyanatkomponente und der das Polytetrahydrofuran enthaltenden
Harzzusammensetzung. Der Verbundgegenstand weist auch eine auf der
ersten Schicht aufgebrachte zweite Schicht aus der gehärteten Urethanzusammensetzung,
die von dem gehärteten
Umsetzungsprodukt verschieden ist, auf.
Das
spezifische Gewicht der ersten Schicht von 0,9 bis 1,15 g/ml ergibt
sich aus einer Beschränkung von
Luftblasen in der ersten Schicht auf ein Minimum, was einer erhöhten Homogenität der ersten
Schicht entspricht. Durch die Verringerung der Menge der Luftblasen
in der ersten Schicht und die sich daraus ergebende Erhöhung des
spezifischen Gewichts der ersten Schicht wird die Durchstoßfestigkeit
des Verbundgegenstands erhöht.
KURZE BESCHREIBUNG
DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus
der folgenden näheren Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine
Querschnittsseitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbundgegenstands;
2 eine
Querschnittsseitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbundgegenstands;
3 eine
perspektivische Ansicht einer Form mit einer Formhöhlung und
einer Sprühpistole
mit einer Kegeldüse,
die eine Isocyanatkomponente und/oder eine Harzzusammensetzung in
einem konischen Sprühmuster
versprüht;
und
4 eine
perspektivische Ansicht einer Form mit einer Formhöhlung und
einer Sprühpistole
mit einer Fächerdüse, die
eine Isocyanatkomponente und/oder eine Harzzusammensetzung in einem
weitgehend planaren Sprühmuster
versprüht.
NÄHERE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
Bezugnehmend
auf die 1 bis 4, stellt
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstands
(20) in einer Form (32) mit einer Formhöhlung (34)
bereit. Es ist vorgesehen, daß es
sich bei der Form (32) um eine offene Form oder eine geschlossene
Form handeln kann. Wie in den 3 und 4 gezeigt,
handelt es sich bei der Form (32) um eine offene Form.
Bei einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung bringt man bei dem Verfahren eine Isocyanatkomponente
und eine Polytetrahydrofuran enthaltende Harzzusammensetzung in
die Formhöhlung
(34) ein. Bei dem Verfahren setzt man außerdem die
Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung zu einer elastomeren
Urethanzusammensetzung um. Bei dem Verfahren härtet man ferner die elastomere
Urethanzusammensetzung zur Bildung einer ersten Schicht (22)
mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml. Bei der ersten
Ausführungsform sprüht man die
Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung vorzugsweise in
einem konischen Sprühmuster
oder einem planaren Sprühmuster
in die Formhöhlung
(34) ein, wenngleich dies nicht unbedingt erforderlich
ist.
Bei
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sprüht
man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die das Polytetrahydrofuran
enthaltende Harzzusammensetzung in dem konischen Sprühmuster
oder dem weitgehend planaren Sprühmuster
in die Formhöhlung
(34) ein. Außerdem
setzt man bei dem Verfahren die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung
zu der elastomeren Urethanzusammensetzung um. Ferner härtet man
bei dem Verfahren die elastomere Urethanzusammensetzung zur Bildung
der ersten Schicht (22).
Sowohl
bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform bringt man bei dem
Verfahren eine von der elastomeren Urethanzusammensetzung verschiedene
Urethanzusammensetzung in die Formhöhlung (34) ein. Bei
diesen Ausführungsformen
härtet man
bei dem Verfahren außerdem
die Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung (34) zur Bildung
einer zweiten Schicht (24) und zur Bildung des Verbundgegenstands (20)
und entfernt den Verbundgegenstand (20) aus der Formhöhlung (34).
Es
ist jedoch vor der Durchführung
der obigen Schritte vorgesehen, daß die Formhöhlung (34) zur Erleichterung
der letztendlichen Entformung des Verbundgegenstands (20)
mit einem bekannten Formtrennmittel beschichtet werden kann. Das
Formtrennmittel kann nach einem beliebigen an sich bekannten Verfahren auf
die Formhöhlung
(34) aufgebracht werden, u.a. durch manuelles und/oder
automatisches Sprühen,
Gießen,
Legen und Kombinationen davon. Sofern das Formtrennmittel verwendet
wird, kann es u.a. Silikone, Seifen, Wachse, Lösungsmittel und Kombinationen
davon umfassen.
Alternativ
oder zusätzlich
zu dem Ausbringen eines Formtrennmittels kann man eine Beschichtungszusammensetzung
(26) mit einer vorbestimmten Farbe in die Formhöhlung (34)
sprühen
oder gießen.
Die Beschichtungszusammensetzung (26) kann aus einer Reihe
von wasser- und lösungsmittelhaltigen
Lösungen ausgewählt werden.
Die Beschichtungszusammensetzung (26) kann auch eine ein-
oder mehrkomponentige Zusammensetzung umfassen. Unter den zahlreichen
verfügbaren
Beschichtungszusammensetzungen (26), die zur Verwendung
bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind die ganz besonders
bevorzugten Beschichtungszusammensetzungen (26) zur Verwendung
bei der vorliegenden Erfindung Protothane®, das
im Handel von Titan Finishes Corporation, Detroit, MI, USA, erhältlich ist,
Polane®,
das im Handel von Sherwin Williams, Inc., Cleveland, OH, USA, erhältlich ist,
und Rimbond®,
das im Handel von Lilly Corporation, Aurora, IL, USA, erhältlich ist.
Die Beschichtungszusammensetzung (26) kann je nach den
gewünschten
Eigenschaften des Verbundgegenstands (20) in einer beliebigen,
vom Fachmann bestimmten Menge manuell und/oder automatisch in die
Formhöhlung
(34) gesprüht
oder gegossen werden.
Vorzugsweise
vermischt man nach dem Aufbringen des Formtrennmittels und vor dem
Einsprühen
der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34)
die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung durch Prallmischen
in einem Kopf einer Sprühpistole
(36). Beim Prallmischen werden Ströme der Isocyanatkomponente
und der Harzzusammensetzung unter Druck im Kopf der Spritzpistole (36)
vermischt. Die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung können im
Kopf der Spritzpistole (36) bei einer beliebigen Temperatur
und einem beliebigen Druck vermischt werden. Vorzugsweise vermischt man
die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung bei einer Temperatur
von mehr als 38 °C [100°F] und besonders
bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 66 °C [150°F] und bei einem Druck von mehr
als 68 bar [1.000 psi] und besonders bevorzugt bei einem Druck von
ungefähr
103 bar [1.500 psi].
Nunmehr
bezugnehmend auf das Einbringen der Isocyanatkomponente und der
Harzzusammensetzung in die Formhöhlung
(34), kann man die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung über dem Formtrennmittel
und/oder der Beschichtungszusammensetzung (26), sofern
vorhanden, und in deren Abwesenheit direkt in die Formhöhlung (34)
einbringen. Bei der ersten Ausführungsform
können
die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung nach einem beliebigen
Verfahren in die Formhöhlung
(34) eingebracht werden, u.a. durch Sprühen, Gießen und Kombinationen davon.
Bei der ersten Ausführungsform
wird beim Einbringen der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung
die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung vorzugsweise
versprüht.
Bei
der ersten Ausführungsform
sprüht
man dann, wenn die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung
versprüht
wird, beim Sprühen
vorzugsweise die Isocyanatkomponente und/oder die Harzzusammensetzung
in einem konischen Sprühmuster
oder einem weitgehend planaren Sprühmuster in die Formhöhlung (34)
ein, wie oben zuerst eingeführt.
Es ist jedoch vorgesehen, daß sowohl
die Isocyanatkomponente als auch die Harzzusammensetzung in dem
konischen Sprühmuster
oder dem weitgehend planaren Sprühmuster
versprüht
werden können.
Bei
der zweiten Ausführungsform
werden die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung versprüht. Genauer
gesagt werden bei der zweiten Ausführungsform die Isocyanatkomponente
und die Harzzusammensetzung in dem konischen Sprühmuster oder dem weitgehend
planaren Sprühmuster
versprüht.
Es versteht sich, daß der
Begriff „weitgehend
planares Sprühmuster" ein Sprühmuster
einschließt,
das planar ist, nahezu planar ist und/oder mit einem planaren Element
assoziierte Eigenschaften aufweist, aber nicht unbedingt auf diese
Bedeutung beschränkt
ist. Vorzugsweise wird beim Sprühen
in dem konischen Sprühmuster oder
dem planaren Sprühmuster
mit einer Kegeldüse
(28) bzw. einer Fächerdüse (30)
der Spritzpistole (36) gesprüht. Es ist vorgesehen, daß bei der
vorliegenden Erfindung jede beliebige an sich bekannte Kegeldüse (28)
oder Fächerdüse (30)
verwendet werden kann. Besonders gut geeignete Kegeldüsen (28)
sind u.a. Vollkegeldüsen,
Hohlkegeldüsen
und Kombinationen davon. Besonders gut geeignete Fächerdüsen (30)
sind u.a. flache Fächerdüsen, flutende
Fächerdüsen und
Kombinationen davon. Ohne Beschränkung
auf irgendeine bestimmte Theorie wird angenommen, daß durch
das Sprühen
in dem konischen Sprühmuster
oder dem weitgehend planaren Sprühmuster
das spezifische Gewicht der elastomeren Urethanzusammensetzung erhöht wird, d.h.
die Menge der in der elastomeren Urethanzusammensetzung eingeschlossenen
Luft auf ein Minimum beschränkt
wird, was zu einer größeren Durchstoßfestigkeit
des Verbundgegenstands (20) führt. Das spezifische Gewicht
wird im folgenden näher
beschrieben. Wenn das Verfahren den Sprühschritt umfaßt, können die Sprühverarbeitungsparameter
manipuliert werden. Die Sprühverarbeitungsparameter,
die in der Regel manipuliert werden, sind u.a. Temperatur und Druck
der in die Spritzpistole (36) eintretenden Isocyanatkomponente und/oder
der in die Spritzpistole (36) eintretenden Harzzusammensetzung
und der Durchsatz der Spritzpistole (36). Die Temperatur
wird vorzugsweise zwischen 25 und 85°C und besonders bevorzugt zwischen
55 und 74°C
gehalten. Ebenso wird dann, wenn der Druck der in die Spritzpistole
(36) eintretenden Isocyanatkomponente und/oder der in die
Spritzpistole (36) eintretenden Harzzusammensetzung manipuliert
wird, der Druck vorzugsweise zwischen 48 und 103 bar [700 und 1500
psi] und besonders bevorzugt zwischen 62 und 76 bar [900 und 1100
psi] gehalten. Außerdem
wird dann, wenn der Durchsatz der Spritzpistole (36) manipuliert
wird, der Durchsatz vorzugsweise zwischen 5 und 50 g/s und ganz
besonders bevorzugt zwischen 17 und 40 g/s gehalten. Vorzugsweise
kann jeder der obigen Sprühverarbeitungsparameter
für die
Verwendung optimiert werden, wenn die Isocyanatkomponente und/oder
die Harzzusammensetzung eine Viskosität von bis zu 20.000 mPa.s [20.000
cP] und besonders bevorzugt von 200 bis 400 mPa.s [200 bis 4.000
cP] bei 25°C
aufweist.
Beim
Einbringen der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung in
die Formhöhlung
(34) versteht es sich für
den Fachmann, daß die
in der Formhöhlung
(34) vorhandene Wasser- und Feuchtigkeitsmenge bei der
Herstellung des Verbundgegenstands (20) eine wichtige zu
beachtende Bedingung ist. Vorzugsweise wird die Wasser- und Feuchtigkeitsmenge
auf ein Minimum beschränkt,
um jegliches mögliche Schäumen der
elastomeren Urethanzusammensetzung zu reduzieren. Es kann jedoch
etwas Wasser und Feuchtigkeit vorhanden sein, ohne die Isocyanatkomponente
und die Harzzusammensetzung nachteilig zu beeinflussen. In der Regel
erfolgt das Einbringen der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung
in die Formhöhlung
(34) in Gegenwart von weniger als 100 Grains/Pound, in
der Regel weniger als 17 Grains/Pound, üblicherweise weniger als 14
Grains/Pound und meist weniger als 7 Grains/Pound absoluter Feuchtigkeit.
Die
in die Formhöhlung
(34) eingebrachte Isocyanatkomponente enthält vorzugsweise
ein aromatisches Isocyanat. Wenn die Isocyanatkomponente ein aromatisches
Isocyanat enthält,
so entspricht das aromatische Isocyanat vorzugsweise der Formel
R'(NCO)z,
worin R' für einen
mehrwertigen aromatischen organischen Rest steht und z für eine ganze
Zahl steht, die der Wertigkeit von R' entspricht. Vorzugsweise steht z mindestens
für zwei.
Die erfindungsgemäße Isocyanatkomponente
enthält
vorzugsweise das aromatische Isocyanat, da die Aromatizität die Reaktivität hinsichtlich
der Umsetzung der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung,
genauer gesagt dem Polytetrahydrofuran, erhöht. Die Aromatizität verringert
auch die mit der Herstellung der Isocyanatkomponente verbundenen
Kosten. Ganz besonders bevorzugt enthält die Isocyanatkomponente
ein 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat.
Bevorzugte Beispiele für
4,4'-Diphenylmethandiisocyanate
sind im Handel von BASF Corporation, Wyandotte, MI, USA, unter den
Handelsnamen Lupranate® MM103, Lupranate® M,
Lupranate® MP102,
Lupranate® LP30
und Lupranate® LP30D
erhältlich.
Andere
aromatische Isocyanate, die verwendet werden können, sind u.a. 1,4-Diisocyanatobenzol, 1,3-Diisocyanato-o-xylol,
1,3-Diisocyanato-p-xylol, 1,3-Diisocyanato-m-xylol, 2,4-Diisocyanato-1-chlorbenzol, 2,4-Diisocyanato-1-nitrobenzol,
2,5-Diisochyanato-1-nitrobenzol,
m-Phenylendiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat, 2,4-Toluoldiisocyanat,
2,6-Toluoldiisocyanat,
Gemische von 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat, 1,5-Naphthalindiisocyanat,
1- Methoxy-2,4-phenylendiisocyanat,
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat,
2,4'-Diphenylmethandiisocyanat,
4,4'-Biphenylendiisocyanat,
3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenylmethandiisocyanat und 3,3'-Dimethyldiphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Triisocyanate
wie 4,4',4"-Triphenylmethantriisocyanat,
Polymethylenpolyphenylenpolyisocyanat und 2,4,6-Toluoltriisocyanat, Tetraisocyanate
wie 4,4'-Dimethyl-2,2'-5,5'-diphenylmethantetraisocyanat,
Toluoldiisocyanat, 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat,
2,4'-Diphenylmethandiisocyanat,
Polymethylenpolyphenylenpolyisocyanat, entsprechende Isomerengemische
davon und Kombinationen davon.
Wenn
die Isocyanatkomponente das aromatische Isocyanat enthält, kann
die Isocyanatkomponente auch ein modifiziertes mehrwertiges aromatisches
Isocyanat enthalten, d.h. ein Produkt, das durch chemische Reaktionen
von aromatischen Diisocyanaten und/oder aromatischen Polyisocyanaten
erhalten wird. Beispiele hierfür
sind Polyisocyanate einschließlich
u.a. Harnstoffe, Biurete, Allophanate, Carbodiimide, Uretonimine und
isocyanurat- und/oder urethangruppenhaltige Diisocyanate und/oder
Polyisocyanate wie modifizierte Diphenylmethandiisocyanate. Die
Isocyanatkomponente kann u.a. auch modifizierte Benzol- und Toluoldiisocyanate
enthalten, die einzeln oder in Umsetzungsprodukten mit Polyoxyalkylenglykolen,
Diethylenglykolen, Dipropylenglykolen, Polyoxyethylenglykolen, Polyoxypropylenglykolen,
Polyoxypropylenpolyoxethylenglykolen, Polyesterolen, Polycaprolactonen
und Kombinationen davon verwendet werden. Die Isocyanatkomponente kann
auch stöchiometrische
oder nichtstöchiometrische
Umsetzungsprodukte der oben aufgeführten Isocyanate enthalten.
Die Isocyanatkomponente kann jedoch alternativ dazu ein aliphatisches
Isocyanat und/oder Kombinationen des aromatischen Isocyanats und
des aliphatischen Isocyanats enthalten. Es ist vorgesehen, daß in allen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung jedes beliebige an sich bekannte Isocyanat
bei der vorliegenden Erfindung als Isocyanatkomponente verwendet
werden kann.
Die
Isocyanatkomponente weist vorzugsweise einen prozentualen NCO-Gehalt
von 8 bis 34 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt 10 bis 30 Gewichtsprozent
und ganz besonders bevorzugt 20 bis 30 Gewichtsprozent auf. Die
Bestimmung des gewichtsbezogenen prozentualen NCO-Gehalts erfolgt
durch dem Fachmann bekannte Analyse mittels standardmäßiger chemischer
Titration. Außerdem
weist die Isocyanatkomponente vorzugsweise eine nominelle Funktionalität von 1,7
bis 3, besonders bevorzugt von 1,9 bis 3 und ganz besonders bevorzugt
von 1,9 bis 2,1 auf. Ferner weist die Isocyanatkomponente vorzugsweise
ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 125 bis 525 g/mol, besonders
bevorzugt von 140 bis 420 g/mol und ganz besonders bevorzugt von
183 bis 420 g/mol auf. Des weiteren weist die Isocyanatkomponente
vorzugsweise eine Viskosität
von 15 bis 2000 mPa.s [15 bis 2000 cP], besonders bevorzugt von
50 bis 1000 mPa.s [50 bis 1000 cP] und ganz besonders bevorzugt
von 50 bis 700 mPa.s [50 bis 700 cP] bei 25°C auf.
Nunmehr
bezugnehmend auf die in die Formhöhlung (34) eingebrachte
Harzzusammensetzung, enthält
die Harzzusammensetzung Polytetrahydrofuran. Vorzugsweise enthält die Harzzusammensetzung
mindestens 60 Gewichtsteile des Polytetrahydrofurans pro 100 Gewichtsteile
der Harzzusammensetzung. Besonders bevorzugt enthält die Harzzusammensetzung
mindestens 80 Gewichtsprozent und ganz besonders bevorzugt mindestens
85 Gewichtsteile des Polytetrahydrofurans pro 100 Gewichtsteile
der Harzzusammensetzung. Die Harzzusammensetzung kann weitgehend
frei von anderen Polyolen als Polytetrahydrofuran sein. Es versteht
sich, daß weitgehend
frei im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Menge
anderer Polyole in der Harzzusammensetzung von weniger als 1 Gewichtsteil,
besonders bevorzugt weniger als 0,50 Gewichtsteilen und ganz besonders
bevorzugt weniger als 0,05 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile
der Harzzusammensetzung einschließt. Es ist vorgesehen, daß die Harzzusammensetzung
im wesentlichen aus Polytetrahydrofuran bestehen kann. Bei allen
Ausführungsformen
kann jedes beliebige Polytetrahydrofuran verwendet werden. Vorzugsweise
umfaßt
das Polytetrahydrofuran im Handel von BASF Corporation, Wyandotte,
MI, USA, unter dem Handelsnamen PolyTHF® erhältliches
Polytetrahydrofuran. Besonders gut geeignete Polytetrahydrofurane
sind u.a. PolyTHF® 250, PolyTHF® 650,
PolyTHF® 650
S, PolyTHF® 1000,
PolyTHF® 1000
S, PolyTHF® 1400,
PolyTHF® 1800,
PolyTHF® 2000
und Kombinationen davon.
Die
Harzzusammensetzung kann auch einen oder mehrere Polymerisationskatalysatoren
enthalten. In diesem Fall kann der Polymerisationskatalysator ein
Amin umfassen. Wenn der Polymerisationskatalysator ein Amin umfaßt, so gehören hierzu
in der Regel u.a. Triethylendiamin, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, Diethylethanolamin,
N-Cocomorpholin,
1-Methyl-4-dimethylaminoethylpiperizin, 3-Methoxypropyldimethylamin,
N,N,N'-Trimethylisopropylpropylendiamin,
3-Diethylaminopropyldiethylamin, Dimethylbenzylamin, mit Ethylhexansäure blockiertes
1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en und Kombinationen davon. Ganz
besonders bevorzugt umfaßt
der Polymerisationskatalysator zwei Amine, die im Handel von Air
Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA, USA, unter den Handelsnamen
DABCO® S-25
bzw. Polycat® SA-102
erhältlich
sind. Das DABCO® S-25
umfaßt
Triethylendiamin und 1,4-Butandiol. Das Polycat® SA-102
umfaßt
mit Ethylhexansäure blockiertes
1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en.
Der
Polymerisationskatalysator kann auch ein Metall enthalten, einschließlich u.a.
Bismut, Kalium, Blei, Zinn, Zink, Quecksilber, Titan, Zirconium,
Hafnium und Kombinationen davon. Besonders gut geeignete Beispiele
für den
Polymerisationskatalysator sind u.a. Zinn(II)-chlorid, Dibutylzinndi-2-ethylhexanoat, Zinn(II)-oxid,
Dioctylzinndimercaptin, Bismutcarboxylat, Zinkcarboxylat und Kombinationen
davon.
Der
Polymerisationskatalysator kann in der Harzzusammensetzung in beliebiger
Menge vorliegen. Vorzugsweise liegt der Polymerisationskatalysator
in der Harzzusammensetzung in einer Menge von kleiner gleich 6 Gewichtsteilen,
besonders bevorzugt von 0,02 bis 1,5 Gewichtsteilen und ganz besonders
bevorzugt von 0,02 bis 0,5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile
der Harzzusammensetzung vor.
Vorzugsweise
ist der Polymerisationskatalysator kein wirksamer Katalysator für eine unerwünschte Nebenreaktion
von Wasser und Feuchtigkeit mit der Isocyanatkomponente. Bei der
Reaktion von Wasser und Feuchtigkeit mit der Isocyanatkomponente
wird gasförmiges
Kohlendioxid gebildet und die elastomere Urethanzusammensetzung
aufgeschäumt,
wie an sich gut bekannt ist. Das Aufschäumen der elastomeren Urethanzusammensetzung
mit dem gasförmigen
Kohlendioxid ist unerwünscht
und bildet Hohlräume
und Blasen. Es wird angenommen, daß die Bildung von Hohlräumen und
Blasen zu einer Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften
der elastomeren Urethanzusammensetzung einschließlich geschwächter struktureller Stabilität, verringerter
und inhomogener Dichte und verringerter Durchstoßfestigkeit führt. Daher
versteht es sich, daß die
erfindungsgemäße elastomere
Urethanzusammensetzung nicht aufgeschäumt wird. Jegliches auftretende
Aufschäumen
ist nicht erwünscht,
wird vorzugsweise auf ein Minimum beschränkt und ganz besonders bevorzugt
eliminiert.
Die
Harzzusammensetzung kann ferner ein oder mehrere Additive aus der
Gruppe bestehend aus Kettenverlängerungsmitteln,
Antischaummitteln, Verarbeitungsadditiven, Weichmachern, Kettenabbruchmitteln,
oberflächenaktiven
Mitteln, Haftvermittlern, Flammschutzmitteln, Antioxidantien, Wasserfängern, pyrogenen
Kieselsäuren,
Farbstoffen, UV-Lichtschutzmitteln,
Füllstoffen,
Thixotropiermitteln und Kombinationen davon enthalten. Man kann
das Additiv bzw. die Additive in beliebiger Menge einarbeiten.
Die
Harzzusammensetzung kann ein Kettenverlängerungsmittel als Additiv
enthalten. Beispiele für
bevorzugte Kettenverlängerungsmittel
sind Verbindungen mit mindestens zwei funktionellen Gruppen mit
aktiven Wasserstoffatomen einschließlich u.a. Hydrazin, primäre und sekundäre Diamine,
Alkohole, Aminosäuren,
Hydroxysäuren,
Glykole und Kombinationen davon. Derartige Kettenverlängerungsmittel
haben in der Regel ein zahlenmittleres Molekulargewicht von weniger
als etwa 400 g/mol. Es sind jedoch auch Kettenverlängerungsmittel
mit zahlenmittleren Molekulargewichten von mehr als 400 g/mol zur
Verwendung vorgesehen. Besonders bevorzugt wird das Kettenverlängerungsmittel
aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol,
Propylenglykol, Dipropylenglykol, Diethylenglykol, Glycerin und
Kombinationen davon ausgewählt.
Ganz besonders bevorzugt wird das Kettenverlängerungsmittel aus der Gruppe
bestehend aus 1,4-Butandiol,
1,3-Butandiol und Kombinationen davon ausgewählt. 1,4-Butandiol ist im Handel
von BASF Corporation, Wyandotte, MI, USA, erhältlich. 1,3-Butandiol ist im
Handel von GE Silicones, Wilton, CT, USA, unter dem Handelsnamen
NIAX® Processing
Additive DP-1022 erhältlich.
Kettenverlängerungsmittel
wirken in der Regel als Vernetzer und verbessern physikalische Eigenschaften
der elastomeren Urethanzusammensetzung. Die in die Harzzusammensetzung
eingearbeitete Kettenverlängerungsmittelmenge
wird zwar größtenteils
durch die vorgesehene Endverwendung der elastomeren Urethanzusammensetzung
bestimmt, jedoch enthält
die Harzzusammensetzung vorzugsweise 1 bis 20 Gewichtsteile, besonders
bevorzugt 6 bis etwa 15 Gewichtsteile und ganz besonders bevorzugt
8 bis etwa 10 Gewichtsteile Kettenverlängerungsmittel pro 100 Gewichtsteile
der Harzzusammensetzung.
Die
Harzzusammensetzung kann auch das Antischaummittel als Additiv enthalten.
In diesem Fall umfaßt
das Antischaummittel vorzugsweise eine Silikonflüssigkeit, die im Handel von
Dow Corning, Midland, MI, USA, unter dem Handelsnamen Antifoam-A
erhältlich
ist. Das Antischaummittel verringert in der Regel die Menge des
aus der Reaktion von Wasser und Feuchtigkeit und der Isocyanatkomponente
gebildeten gasförmigen
Kohlendioxids. Wird es in die Harzzusammensetzung eingearbeitet,
so wird das Antischaummittel vorzugsweise in einer Menge von 0,01
bis 0,50 Gewichtsteilen und ganz besonders bevorzugt von 0,05 bis
0,15 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung
eingearbeitet.
Die
Harzzusammensetzung kann auch das Kettenabbruchmittel als Additiv
enthalten. In diesem Fall handelt es sich bei dem Kettenabbruchmittel
vorzugsweise um einen Alkohol. Besonders bevorzugt umfaßt das Kettenabbruchmittel
einen primären
Alkohol. Ganz besonders bevorzugt umfaßt das Kettenabbruchmittel eine
Mischung von hochreinen primären
C12-, C13-, C14- und C15-Alkoholen,
die von Shell Chemical LP, Houston, TX, USA, unter dem Handelsnamen
Neodol® 25
erhältlich
ist. Wird es in die Harzzusammensetzung eingearbeitet, so wird das
Kettenabbruchmittel vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 6 Gewichtsteilen,
besonders bevorzugt von 2 bis 4 Gewichtsteilen und ganz besonders
bevorzugt 3 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung
eingearbeitet.
Die
Harzzusammensetzung kann auch den Wasserfänger als Additiv enthalten.
Der Wasserfänger umfaßt vorzugsweise
ein Molsieb. Ganz besonders bevorzugt ist das Molsieb im Handel
von UOP, LLC, Des Plaines, IL, USA, unter dem Handelsnamen Molecular
Sieve Type 3A erhältlich.
Wird er in die Harzzusammensetzung eingearbeitet, so wird der Wasserfänger vorzugsweise
in einer Menge von 0,1 bis 2 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt
von 0,5 bis 1,5 Gewichtsteilen und ganz besonders bevorzugt von
0,8 bis 1,2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Harzzusammensetzung
eingearbeitet.
Die
Harzzusammensetzung kann auch die pyrogene Kieselsäure als
Additiv enthalten. Die pyrogene Kieselsäure wirkt vorzugsweise als
Suspendiermittel für
den Wasserfänger.
Die pyrogene Kieselsäure
ist von Degussa AG, Düsseldorf,
Deutschland, unter dem Handelsnamen Aerosil® R972
erhältlich.
Wird sie in die Harzzusammensetzung eingearbeitet, so wird die pyrogene
Kieselsäure
vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 1,5 Gewichtsteilen pro 100
Gewichtsteile der Harzzusammensetzung eingearbeitet.
Die
Harzzusammensetzung kann auch ein anderes Polyol als Polytetrahydrofuran
enthalten, wenngleich dies weniger bevorzugt ist. Das andere Polyol
als Polytetrahydrofuran kann in die Harzzusammensetzung als Verdünnungsmittel
zum Lösen
des Polytetrahydrofurans eingearbeitet werden. Wie an sich bekannt ist,
kann Polytetrahydrofuran bei Raumtemperatur fest sein. Wird das
Polyol eingearbeitet, so kann es sich dabei um ein beliebiges an
sich bekanntes Polyol handeln. Das Polyol kann Pfropfpolyole umfassen
und kann Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polycarbonatpolyole
und Kombinationen davon umfassen. Nunmehr bezugnehmend auf die Umsetzung
der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung, können die
Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung bei einer beliebigen
Temperatur und einem beliebigen Druck zu der elastomeren Urethanzusammensetzung
umgesetzt werden, wie vom Fachmann gewählt. Die Isocyanatkomponente
und die Harzzusammensetzung reagieren zwar spontan, aber die Reaktion
kann verzögert
und nicht ideal sein. Daher werden die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung
vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als 38 °C [100 F]
und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 66 °C [150°F] und bei
einem Druck von ungefähr
1013 mbar [760 torr] umgesetzt. Die Isocyanatkomponente und die
Harzzusammensetzung können
auch bei einem beliebigen Isocyanat-Index umgesetzt werden, wie
vom Fachmann bestimmt. Vorzugsweise setzt man bei der Umsetzung
der Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung die Isocyanatkomponente
und die Harzzusammensetzung bei einem Isocyanat-Index von 90 bis
115, besonders bevorzugt von 95 bis 105 und ganz besonders bevorzugt
von 98 bis 102 um. Es versteht sich, daß die Isocyanatkomponente und
die Harzzusammensetzung im Kopf der Spritzpistole (36)
zu reagieren beginnen können
und beim Aufbringen und/oder Versprühen und danach weiter reagieren können. Es
ist vorgesehen, daß die
Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung nicht zu reagieren beginnen
dürfen,
bis sie vermischt werden.
Nunmehr
bezugnehmend auf die Härtung
der elastomeren Urethanzusammensetzung zur Bildung der ersten Schicht
(22), kann die erste Schicht (22) bei einer beliebigen
Temperatur und über
einen beliebigen Zeitraum gehärtet
werden. Vorzugsweise härtet
man bei der Härtung
der elastomeren Urethanzusammensetzung zur Bildung der ersten Schicht
(22) bei einer Temperatur von mindestens 16 °C [60°F], besonders
bevorzugt 16 bis 27 °C
[60 bis 80 °F]
und ganz besonders bevorzugt 18 bis 24 °C [65 bis 75 °F]. Die erste
Schicht (22) kann nach der Härtung eine beliebige Dicke
aufweisen. Vorzugsweise hat die erste Schicht (22) eine
Dicke von 0,064 bis 0,508 cm [0,025 bis 0,2 Zoll], besonders bevorzugt
von 0,064 bis 0,381 cm [0,025 bis 0,15 Zoll] und ganz besonders
bevorzugt von ungefähr
0,127 cm [0,05 Zoll]. Es versteht sich, daß die erste Schicht (22)
nicht die äußerste Schicht
des Verbundgegenstands (20) sein muß und eine innere Schicht des
Verbundgegenstands (20) sein kann. Die erste Schicht (22)
kann jedoch die äußerste Schicht
des Verbundgegenstands (20) sein und ist vorzugsweise eine
Schauoberfläche
des Verbundgegenstands (20).
Es
wird angenommen, daß das
spezifische Gewicht der ersten Schicht (22) zur Durchstoßfestigkeit des
Verbundgegenstand (20) beiträgt, wie oben zuerst eingeführt. Das
spezifische Gewicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung definiert
als das Verhältnis
der Dichte der ersten Schicht (22) zur Dichte von Wasser bei
25°C. Das
spezifische Gewicht der ersten Schicht (22) beträgt 0,9 bis
1,15 g/ml, vorzugsweise 0,98 bis 1,15 g/ml, besonders bevorzugt
1,05 bis 1,15 g/ml, noch weiter bevorzugt 1,10 bis 1,15 g/ml und
ganz besonders bevorzugt ungefähr
1,15 g/ml. Die erste Schicht (22) kann jedoch ein beliebiges
spezifisches Gewicht zwischen 0,9 und 1,15 g/ml aufweisen.
Außerdem hat
die erste Schicht (22) nach Härtung vorzugsweise eine Durchstoßfestigkeit
von mehr als 446 g/cm [250 Pounds pro Zoll], besonders bevorzugt
mehr als 714 g/cm [400 Pounds pro Zoll], noch weiter bevorzugt mehr
als 893 g/cm [500 Pounds pro Zoll] und ganz besonders bevorzugt
mehr als 1071 g/cm [600 Pounds pro Zoll], wie anhand einer Durchstoßfestigkeitsprüfmethode
bestimmt. Die Durchstoßfestigkeitsprüfmethode
dient zur Bestimmung der Durchstoßfestigkeit einer Probe der
ersten Schicht (22) durch Messung der Kraft, die für das Eindringen
einer einen Durchmesser von 0,254 cm [0,1 Zoll] aufweisenden Spitze
einer scharfkantigen Durchstoßsonde
in die Probe erforderlich ist. Im einzelnen wird eine Probe so geschnitten,
daß sie
einen Durchmesser von 3,048 cm [1,2 Zoll] hat. Die Probe wird um
eine Öffnung
eines Traginstruments herum angebracht, und eine Kante der Probe
wird um die Öffnung
herumgecrimpt, um die Probe in Position zu halten. Die Durchstoßsonde wird
mit einer Geschwindigkeit von 5,08 cm [2 Zoll] pro Minute betrieben
und durchstößt die Probe.
Die zum Durchstoßen
der Probe erforderliche Kraft wird durch die Dicke der Probe dividiert
und als Durchstoßfestigkeit
angegeben.
Des
weiteren hat die erste Schicht (22) vorzugsweise auch eine
Shore-A-Durometerhärte
von 50 bis 100 und besonders bevorzugt von 50 bis 75, wie gemäß ASTM D-2240
bestimmt. Die Shore-A-Durometerhärte ist
ein Maß für den Eindruckwiderstand
der ersten Schicht (22).
Nunmehr
bezugnehmend auf das Einbringen der von der elastomeren Urethanzusammensetzung
verschiedenen Urethanzusammensetzung in die Formhöhlung (34),
umfaßt
die Urethanzusammensetzung vorzugsweise eine aufgeschäumte Urethanzusammensetzung.
Die Urethanzusammensetzung kann bezüglich Dichte, Druckfestigkeit
und anderen wichtigen Eigenschaften modifiziert werden und mit einem
beliebigen physikalischen und/oder chemischen Treibmittel, das an
sich bekannt ist, aufgeschäumt
werden. Daher kann die Dichte der Urethanzusammensetzung unabhängig von
der Dichte der elastomeren Urethanzusammensetzung reguliert werden.
Der
Verbundgegenstand (20) kann auch zusätzliche Schichten enthalten.
In diesem Fall sind die zusätzlichen
Schichten vorzugsweise die gleichen wie die oben beschriebene zweite
Schicht (24), die vorzugsweise ein gehärtetes Umsetzungsprodukt der
Isocyanatkomponente und der Harzzusammensetzung umfaßt. Zur
Verwendung bei der vorliegenden Erfindung sind jedoch auch zusätzliche
Schichten vorgesehen, die von der zweiten Schicht (24)
und von der ersten Schicht (22) verschieden sind. Bei Verwendung
zusätzlicher Schichten
können
die zusätzlichen
Schichten entweder auf der ersten und/oder der zweiten Schicht (24)
und in Kontakt mit der ersten und/oder der zweiten Schicht (24)
angeordnet sein oder von der ersten und/oder zweiten Schicht (24)
getrennt sein.
Vorzugsweise
dient die zweite Schicht (24) als Trägerschicht für die erste
Schicht (22). Daher kann die Urethanzusammensetzung direkt
auf die erste Schicht (22) aufgebracht werden, d.h. in
Kontakt mit der ersten Schicht (22). Die Urethanzusammensetzung
wird vorzugsweise nach dem Einbringen oder Einsprühen der Isocyanatkomponente
und der Harzzusammensetzung in die Formhöhlung (34) und vorzugsweise
nach Härtung
der ersten Schicht (22) in die Formhöhlung (34) eingebracht.
Die Urethanzusammensetzung kann jedoch in die Formhöhlung (34)
eingetragen werden, bevor die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung in
die Formhöhlung
(34) eingetragen oder eingesprüht und/oder gehärtet werden.
Die Urethanzusammensetzung kann auch über dem Formtrennmittel und/oder
der Beschichtungszusammensetzung (26), sofern vorhanden,
und in deren Abwesenheit direkt in die Formhöhlung (34) eingebracht
werden. In dieser Situation würden
die Isocyanatkomponente und die Harzzusammensetzung auf die zweite
Schicht (24) aufgebracht und danach gehärtet. Es ist vorgesehen, daß die Urethanzusammensetzung
in die Formhöhlung
(34) eingesprüht oder
gegossen werden kann. Ganz besonders bevorzugt wird die Urethanzusammensetzung
in die Formhöhlung
(34) eingesprüht.
Nunmehr
bezugnehmend auf das Härten
der Urethanzusammensetzung in der Formhöhlung (34) zur Bildung
des Verbundgegenstands (20), kann man bei der Härtung der
Urethanzusammensetzung bei einer Temperatur von 38 bis 93 °C [100 bis
200 °F],
besonders bevorzugt von 54 bis 66 °C [130 bis 150 °F] und ganz besonders
bevorzugt von 60 °C
[140 °F]
und über
einen Zeitraum von 1 bis 10 Minuten und besonders bevorzugt 2 bis
5 Minuten härten.
Die zweite Schicht (24) kann nach Härtung eine beliebige Dicke
aufweisen. Vorzugsweise hat die zweite Schicht (24) eine
Dicke von 0,02 bis 0,5 cm und besonders bevorzugt von 0,051 bis 0,254
cm [0,02 bis 0,1 Zoll]. Bei dem Verfahren wird außerdem der
Verbundgegenstand (20) aus der Formhöhlung (34) entfernt.
Der
Verbundgegenstand (20) umfaßt eine erste Schicht (22)
mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 bis 1,15 g/ml, die ein gehärtetes Umsetzungsprodukt
(d.h. die gehärtete
elastomere Urethanzusammensetzung) der Isocyanatkomponente und der
das Polytetrahydrofuran enthaltenden Harzzusammensetzung umfaßt. Der
Verbundgegenstand (20) umfaßt auch die auf der ersten
Schicht (22) angeordnete zweite Schicht (24),
die aus einer von dem gehärteten
Umsetzungsprodukt verschiedenen gehärteten Urethanzusammensetzung
gebildet wird. Die elastomere Urethanzusammensetzung wird vorzugsweise
zur Herstellung von Verbundgegenständen (20) einschließlich Nichtautomobilteilen
wie den in der Landwirtschaft, im Freiluftsport und bei marinen
Anwendungen verwendeten Teilen verwendet. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die elastomere Urethanzusammensetzung
zur Bildung der äußersten
Schicht eines Sitzkörpers
für eine
landwirtschaftliche Anwendung verwendet.
