DE102008054962A1 - Schichtstoffe aus zelligem Polyurethanelastomer und Polyurethanbinder - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elastischen Schichtstoffen, bei dem man ein Polyurethanbindemittel, das ein Isocyanatgruppen aufweisendes Prepolymer enthält, mit einem Granulat eines zelligen Polyurethanelastomers und gegebenenfalls weiterem Kunststoffgranulat und einem Überschuss an Wasser vermischt, wobei mindestens 20 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht von Isocyanatgruppen aufweisendes Prepolymer, eingesetzt wird. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung einen elastischen Schichtstoff, erhältlich nach einem solchen Verfahren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elastischen Schichtstoffen, bei dem man ein Polyurethanbindemittel, das ein Isocyanatgruppen aufweisendes Prepolymer enthält, mit einem Granulat eines zelligen Polyurethanelastomers und gegebenenfalls weiterem Kunststoffgranulat und einem Überschuss an Wasser vermischt, wobei mindestens 20 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht von Isocyanatgruppen aufweisendes Prepolymer, eingesetzt wird. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung einen elastischen Schichtstoff, erhältlich nach einem solchen Verfahren.
  • Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen zu entnehmen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Herstellung elastischer Schichtstoffe, enthaltend Gummi- oder Kunststoffteilchen, unter Verwendung von geeigneten Polyurethanbindemitteln ist bereits bekannt. Solche Schichtstoffe werden zum Beispiel als elastische Unterbauten in Turnhallen oder als Bodenbeläge an Turngeräten verwendet. Ein Vorteil dieser als "Rubber-Crumb" bezeichneten Verbunde liegt in der Möglichkeit, diese Schichtstoffe auch außerhalb geschlossener Gebäude direkt anzuwenden.
  • So werden in DE 1 534 345 wasserdurchlässige, elastische Bodenbeläge für Sportplätze beschrieben, wobei die chemische Zusammensetzung des verwendeten Bindemittels nicht näher erläutert wird. Die Verwendung von Zweikomponenten-Polyurethanbindemitteln zur Bindung von elastischen Teilchen wird in den DE 1 955 267 und DE 1 720 059 , sowie in den DE 2 156 225 und DE 2 215 893 beschrieben. Feuchtigkeitshärtende Einkomponenten-Polyurethanbindemittel für dieses Einsatzgebiet werden beispielsweise in DE 2021 682 , DE 2 228 111 , DE 2 427 897 , DE 2 447 625 und DE 2 821 001 beschrieben. Vor allem aus Kostengründen werden als Kunststoffteilchen meist Gummigranulatteilchen eingesetzt.
  • Nachteilig an bekannten „Rubber-Crumb"-Materialien ist deren Gewicht. Auch ist für viele Anwendungen ein weicheres und elastischeres Material gewünscht.
  • Weiter sind Verbunden aus aufgearbeiteten Polyurethanweichschaumflocken und Polyurethanbindemitteln, sogenannte Flockenverbunde, bekannt. Bei der Herstellung dieser Verbundstoffe werden die Polyurethanschaumstoffe mit Polyurethanbindemittel versetzt. Anschließend wird durch Zusammenpressen der Mischung eventuell in Poren des Weichschaumstoffs eingedrungenes Bindemittel ausgepresst, wodurch ein übermäßiger Verbrauch an Bindemittel verhindert wird. Solche Flockenverbunde sind beispielsweise beschrieben im "Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane", Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993, Kapitel 51.1.5 und werden für ähnliche Anwendungen eingesetzt werden, wie der ursprüngliche Polyurethanweichschaum. Diese Flockenverbundstoffe eignen sich aufgrund ihrer Dichte und geringen mechanischen Eigenschaften nicht für Anwendungen als Bodenbelag.
  • Bekannte Verbundstoffe aus Polyurethanbindemittel und Schaumstoffen höherer Dichte sind zur Erweiterung der mechanischen Eigenschaften von „Rubber-Crumb" ebenfalls ungeeignet. Bei der Herstellung solcher Verbundstoffe dringt eine erhebliche Mengen des Polyurethanbindemittels in die Poren der Schaumstoffteilchen ein, welches anschließend, aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls und der hohen Stauchhärte der Schaumstoffteilchen, von diesen nicht mehr abgegeben wird. Ein solches Material ist aufgrund der relativ hohen Kosten des Polyurethanbindemittels gegenüber bekannten „Rubber-Crumb" Materialien unwirtschaftlich.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Material zu liefern, das sich als Bodenbelag eignet, eine geringere Dichte als bekannte Rubber-Crumb-Materialien aufweist und in einem weiten Härte- und Elastizitätsbereich herstellbar ist.
  • Überraschenderweise wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch einen elastischen Schichtstoffen gelöst, herstellbar durch ein Verfahren, bei dem man ein Polyurethanbindemittel, das ein Isocyanatgruppen aufweisendes Prepolymer enthält, mit einem Granulat eines zelligen Polyurethanelastomers und gegebenenfalls weiterem Kunststoffgranulat und einem Überschuss an Wasser vermischt, wobei mindestens 20 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht von Isocyanatgruppen aufweisendes Prepolymer, eingesetzt wird.
  • Unter einem Polyurethanbindemittel ist dabei eine Mischung zu verstehen, die zu mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 80 Gew.-% und insbesondere zu mindestens 95 Gew.-% aus einem Isocyanatgruppen aufweisenden Prepolymer aufweist. Weiter kann ein erfindungsgemäßes Polyurethanbmndemittel weitere Additive, wie oberflächenaktive Substanzen, Weichmacher, anorganische Füllstoffe, wie Sand, Kaolin, Kreide, Bariumsulfat, Siliziumdioxid, Oxidationsstabilisatoren, Farbstoffe und Pigmente, Stabilisatoren, z. B. gegen Hydrolyse, Licht, Hitze oder Verfärbung, anorganische und/oder organische Füllstoffe, Emulgatoren, Flammschutzmittel, Alterungsschutzmittel, Haftvermittler und Verstärkungsmittel sowie in der Polyurethanchemie gebräuchliche Katalysatoren enthalten. Dabei liegt die Viskosität des erfindungsgemäßen Polyurethanbindemittels vorzugsweise in einem Bereich von 500 bis 4000 mPa·s, besonders bevorzugt von 1000 bis 3000 mPa·s, gemessen bei 25°C nach DIN 53 018.
  • Als Katalysatoren werden beispielsweise Amidine, wie 2,3-Dimethyl-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin, tertiäre Amine, wie Triethylamin, Tributylamin, Dimethylbenzylamin, N-Methyl-, N-Ethyl-, N-Cyclohexylmorpholin, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-butandiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-hexandiamin, Pentamethyl-diethylentriamin, Tetramethyl-diaminoethylether, Bis-(dimethylaminopropyl)-harnstoff, Dimethylpiperazin, 1,2-Dimethylimidazol, 1-Aza-bicyclo-(3,3,0)-octan und vorzugsweise 1,4-Diaza-bicyclo-(2,2,2)-octan und Alkanolaminverbindungen, wie Triethanolamin, Triisopropanolamin, N-Methyl- und N-Ethyl-diethanolamin und Dimethylethanolamin verwendet. Ebenso kommen als Katalysatoren organische Metallverbindungen in Betracht, vorzugsweise organische Zinnverbindungen, wie Zinn-(II)-salze von organischen Carbonsäuren, z. B. Zinn-(II)-acetat, Zinn-(II)-octoat, Zinn-(II)-ethylhexoat und Zinn-(II)-laurat und die Dialkylzinn-(IV)-salze von organischen Carbonsäuren, z. B. Dibutyl-zinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinn-malest und Dioctylzinn-diacetat, sowie Bismutcarboxylate, wie Bismut(III)-neodecanoat, Eismut-2-etyhlhexanoat und Eismut-octanoat oder Mischungen davon. Die organischen Metallverbindungen können allein oder in Kombination mit basischen Aminen eingesetzt werden. Als bevorzugter Katalysator wird Dimorphinodimethylether alleine oder in Mischungen eingesetzt.
  • Der Zeitpunkt der Katalysatorzugabe ist dabei nicht beschränkt. So kann der Katalysator beispielsweise bereits im Bindemittel enthalten sein oder wird bei dem Vermischen mit dem Granulat des zelligen Polyurethanelastomers zugegeben. Handelt es sich bei dem Katalysator um Dimorphinodimethyleter ist dieser vorzugsweise bereits im Bindemittel enthalten.
  • Vorzugsweise werden 0,001 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 2 Gew.-% Katalysator bzw. Katalysatorkombination, bezogen auf das Gewicht des Isocyanatgruppen aufweisenden Prepolymers zugegeben.
  • Als Isocyanatgruppenhaltiges Prepolymer kann im Rahmen der Erfindung das Umsetzungsprodukt von Polyisocyanaten (a) mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen (b) sowie gegebenenfalls Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmitteln (c) eingesetzt werden, wobei das Polyisocyanat (a) im Überschuss eingesetzt wird.
  • Als Polyisocyanate (a) können alle aus dem Stand der Technik bekannten aliphatischen, cycloaliphatischen und aromatischen zwei- oder mehrwertigen Isocyanate sowie beliebige Mischungen daraus eingesetzt werden. Beispiele sind 4,4', 2,4' und 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat, die Mischungen aus monomeren Diphenylmethandiisocyanaten und höherkernigen Homologen des Diphenylmethandiisocyanats (Polymer-MDI), Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 1,5-Naphthalindiisocyanat (NDI), 2,4,6-Toluoltriisocyanat und 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat (TDI), oder Mischungen daraus.
  • Vorzugsweise werden 2,4-Toluoldiiisocyanat, 2,6-Toluoldiiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und höherkernige Homologe des Diphenylmethandiisocyanats (Polymer-MDI) sowie Gemische dieser Isocyanate, Uretonimin insbesondere eine Mischung aus 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat als Polyisocyanat (a) eingesetzt.
  • Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (b) können alle Verbindungen mit zumindest zwei gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Polyesterole, Polyetherole, oder Mischungen von Polyetherolen mit Polyolen die eine tertiäre Amingruppe aufweisen insbesondere Polyetherole, eingesetzt.
  • Polyole, die tertiäre Aminogruppen aufweisen, können beispielsweise durch Reaktion von sekundären Aminen, wie beispielsweise Ethylendiamin, mit Alkylenoxiden, beispielsweise Ethylenoxid oder Propylenoxid, erhalten werden.
  • Geeignete Polyetherole werden nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch anionische Polymerisation mit Alkalihydroxiden oder Alkalialkoholaten als Katalysatoren und unter Zusatz mindestens eines Startermoleküls, das 2 bis 5, vorzugsweise 2 bis 4 und besonders bevorzugt 2 bis 3, insbesondere 2 reaktive Wasserstoffatome gebunden enthält, oder durch kationische Polymerisation mit Lewis-Säuren, wie Antimonpentachlorid oder Bortrifluorid-Etherat, aus einem oder mehreren Alkylenoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest hergestellt. Weiter können als Katalysatoren auch Multimetallcyanidverbindungen, sogenannte DMC-Katalysatoren, eingesetzt werden. Geeignete Alkylenoxide sind beispielsweise Tetrahydrofuran, 1,3-Propylenoxid, 1,2- bzw. 2,3-Butylenoxid und vorzugsweise Ethylenoxid und 1,2-Propylenoxid. Die Alkylenoxide können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischungen verwendet werden. Bevorzugt werden 1,2-Propylenoxid, Ethylenoxid oder Mischungen aus 1,2-Propylenoxid und Ethylenoxid verwendet.
  • Als Startermolekül kommen vorzugsweise Wasser oder 2- und 3-wertige Alkohole in Betracht, wie Ethylenglykol, 1,2- oder 1,3-Propandiol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, 1,4-Butandiol, Glycerin und Trimethylolpropan.
  • Die bevorzugten Polyetherpolyole, besonders bevorzugt Polyoxypropylen- oder Polyoxypropylen-polyoxyethylen-polyole, besitzen eine Funktionalität von 2 bis 5, besonders bevorzugt von 2 bis 3 und Molekulargewichte von 400 bis 9.000, vorzugsweise 1.000 bis 6.000, besonders bevorzugt 1.500 bis 5.000 und insbesondere von 2.000 bis 4.000 g/mol. Besonders bevorzugt wird als Polyetherpolyol Polypropylenglykol mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 1500 bis 2500 g/mol eingesetzt.
  • Gegebenenfalls können auch Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel (c) eingesetzt werden. Die Zugabe der Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel (c) kann vor, zusammen mit oder nach der Zugabe der Polyole erfolgen. Als Kettenverlängerungsmittel und/oder Vernetzungsmittel (c) werden Substanzen mit einem Molekulargewicht von vorzugsweise kleiner 400 g/mol, besonders bevorzugt von 60 bis 350 g/mol eingesetzt, wobei Kettenverlängerer 2 gegenüber Isocyanaten reaktive Wasserstoffatome und Vernetzungsmittel 3 gegenüber Isocyanat reaktive Wasserstoffatome aufweisen. Diese können einzeln oder in Form von Mischungen eingesetzt werden. Werden Kettenverlängerer eingesetzt, sind 1,3- und 1,2-Propandiol, Dipropylenglycol, Tripropylenglycol 1,3 Butandiol besonders bevorzugt.
  • Sofern Kettenverlängerungsmittel, Vernetzungsmittel oder Mischungen davon Anwendung finden, kommen diese zweckmäßigerweise in Mengen von 1 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 50 Gew.-% und insbesondere 2 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Polyisocyanaten (a), gegenüber Isocyanat reaktiven Verbindungen (b) und Kettenverlängerungsmitteln und/oder Vernetzungsmitteln (c) zum Einsatz.
  • Die Isocyanatprepolymere sind erhältlich, indem vorstehend beschriebene Polyisocyanate (a), beispielsweise bei Temperaturen von 30 bis 100°C, bevorzugt bei etwa 80°C, mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen (b) sowie gegebenenfalls Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel (c) zum Prepolymer umgesetzt werden. Dabei werden Polyisocyanat (a), gegenüber Isocyanat reaktive Verbindung (b), sowie gegebenenfalls Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel (c) vorzugsweise in einem Verhältnis von Isocyanatgruppen zu gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen von 1.5:1 bis 15:1, vorzugsweise 1,8:1 bis 8:1 miteinander vermischt. Besonders bevorzugt werden zur Herstellung der Prepolymere Polyisocyanate und die Verbindung mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen und Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel in einem Verhältnis miteinander vermischt, dass der NCO-Gehalt des hergestellten Prepolymers im Bereich von 1,0 bis 20, insbesondere von 2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des hergestellten Isocyanatprepolymers, liegt. Anschließend können vorzugsweise flüchtige Isocyanate abgetrennt werden, vorzugsweise durch Dünnschichtdestillation. Dabei liegt die Viskosität der Isocyanatprepolymere vorzugsweise bei 1000 bis 3000 mPa·s bei 25°C. Erfindungsgemäße Isocyanatprepolymere auf Basis von Toluoldiisocyanat weisen dabei typischerweise eine Viskosität von 1000 bis 1500 mPa·s auf, während erfindungsgemäße Isocyanatprepolymere auf Basis von Diphenylmethandiisocyanat typischerweise eine Viskosität von 2000 bis 3000 mPa·s aufweisen, jeweils bei 25°C.
  • Weiter kann die Herstellung des Isocyanatgruppen aufweisenden Prepolymers schrittweise erfolgen. Dazu wird in einem ersten Schritt die gegenüber Isocyanat reaktive Verbindung (b) sowie gegebenenfalls Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmit tel (c) mit 2,4-Toluoldiisocyanat und/oder 2,6-Toluoldiisocyanat bis zu einem NCO-Gehalt von 2–5 Gew.-%, bezogen auf das erhaltene Prepolymer, umgesetzt. In einem zweiten Schritt wird das so hergestellte Prepolymer mit Isocyanaten aus der Diphenylmethandiisocyanatreihe oder deren Derivate versetzt, beispielsweise 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und höherkernige Homologe des Diphenylmethandiisocyanats (Polymer-MDI) und/oder bei Raumtemperatur flüssige, modifizierte Diphenylmethandiisocyanate, insbesondere durch Carbodiimid-, Urethan-, Allophanat-, Isocyanurat-, Harnstoff- und/oder Biuretgruppen modifizierte Diphenylmethandiisocyanate, bis der NCO-Gehalt des hergestellten Prepolymers einen Wert, entsprechend den oben angegebenen Werten, aufweist. Dadurch kann der Gehalt an monomerem Isocyanat mit einer Molmasse kleiner 249 g/mol gering gehalten werden. Diese schrittweise hergestellten Polyisocyanatprepolymere weisen typischerweise eine Viskosität im Bereich von 2000 bis 3000 mPa·s bei 25°C auf.
  • Vorzugsweise ist der Gehalt des Bindemittels an freien, monomeren Isocyanaten mit einem Molekulargewicht von kleiner 249 g/mol im Bindemittel kleiner 1 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 0,5 Gew.-% und insbesondere kleiner 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyurethanbindemittels.
  • Als Granulat eines zelligen Polyurethanelastomers können Granulate aller Arten von zelligen Polyurethanelastomeren eingesetzt werden. Polyurethan im Sinn der Erfindung umfasst alle bekannten Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte sowie Polymerblends, enthaltend Polyurethane und weitere Polymere. Diese können beliebiger Größe und Form sein.
  • Das zellige Polyurethanelastomer, das der Herstellung des erfindungsgemäßen Granulats zugrunde liegt, ist ein Schaumstoffe gemäß DIN 7726 und weist vorzugsweise eine Dichte von 100 bis 1000 kg/m3, besonders bevorzugt 200 bis 900 kg/m3 und insbesondere 300 bis 800 kg/m3 auf. Vorzugsweise weist das zellige Polyurethanelastomer eine Zugfestigkeit von > 3 N/mm2 und eine Bruchdehnung von > 300% nach DIN EN ISO 1798 und eine Weiterreißfestigkeit von > 4 N/mm nach DIN ISO 34-1B auf. Weiter weist das zellige Polyurethanelastomer vorzugsweise einen mittleren Zelldurchmesser von 30 μm bis 300 μm auf. Bevorzugt verwendet werden Granulate aus Schaumstoff- und Integralschaumstoffabfällen. Dabei kann es sich um Recyclingmaterial, beispielsweise aus der Produktion von Schuhsohlen oder von Federelementen im Automobilbau, handeln.
  • Die erfindungsgemäßen Granulate von zelligen Polyurethanelastomeren haben Korngrößen von 0,5 bis 60 mm, vorzugsweise von 1 bis 10 mm.
  • Neben Granulat eines zelligen Polyurethanelastomers können weitere Kunststoffgranulate eingesetzt werden. Diese umfassen duroplastische, elastomere und thermoplasti sche Kunststoffe. Als Kunststoffgranulat werden bevorzugt elastomere Kunststoffe eingesetzt. Besonders bevorzugt werden als elastomere Kunststoffe vulkanisierte Gummimischungen eingesetzt, beispielsweise aus Butadien-Kautschuk (BR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Isopren-Kautschuk (IR), Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk (SIBR), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Chloropren-Kautschuk (CR), Isobuten-Isopren-Kautschuk (IIR), EPDM und Naturkautschuk (NR), sowohl rein oder als Abmischungen untereinander, die mit Vulkanisationsbeschleunigern und/oder Vernetzern auf Schwefel oder Peroxidbasis vermischt und gemäß gängiger Praxis vulkanisiert sind. Dabei handelt es sich bei EPDM um einen durch Terpolymerisation von Ethen und größeren Anteilen Propylen sowie einigen Prozent eines dritten Monomeren mit Dien-Struktur hergestellten Kautschuk, in dem das Dien-Monomer die für eine anschließende Schwefel-Vulkanisation benötigten Doppelbindungen bereitstellt. Als Dien-Monomere finden vorwiegend cis,cis-1,5-Cyclooctadien (COD), exo-Dicyclopentadien (DCP), endo-Dicyclopentadien (EDCP) u. 1,4-Hexadien (HX) u. v. a. 5-Ethyliden-2-norbornen (ENB) Verwendung. Besonders bevorzugt werden als Elastomere vulkanisierter Styrol-Butadien-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk Elends mit z. B. EPDM oder EPDM verwendet.
  • Die Elastomere enthalten dabei gegebenenfalls handelsübliche Füllstoffe, wie Ruße, Silica, Kreide, Metalloxide, Weichmacher, Antioxidationsmittel, Ozonschutzmittel und/oder thermoplastische Polymere, wie styrolhaltige Thermoplaste, beispielsweise Polystyrol oder Polystyrolacrylnitril (SAN), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polyvinylchlorid (PVC) oder thermoplastische Elastomere auf Basis von Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymeren oder Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymeren oder Elends aus den genannten Thermoplasten untereinander.
  • Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Kunststoffgranulate können beliebiger Größe und Form sein. Bevorzugt verwendet werden jedoch elastische Granulate aus Gummi- oder Kunststoffabfällen in den Korngrößen von 0,5 bis 60 mm, vorzugsweise von 1 bis 10 mm. Derartige Abfälle entstehen z. B. bei der Reifenrunderneuerung und bei der Fertigung technischer Gummi- oder Kunststoffartikel. Abfälle aus der Reifenrunderneuerung werden aus finanziellen Gründen bevorzugt eingesetzt.
  • Zur Herstellung der Schichtstoffe wird das Granulat des zelligen Polyurethanelastomers in Mengen von vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 1 bis 15 Gew.-Teilen und insbesondere 2 bis 10 Gew.-Teilen, bezogen auf 1 Gew.-Teil des Polyurethanbindemittels in an sich bekannter Weise unter Zusatz von mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 200 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 100 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Isocyanatgruppen aufweisendes Prepolymers, und gegebenenfalls der genannten Additive vermischt. Das Vermischen kann beispielsweise in einem Zwangsmischer erfolgen.
  • Das Wasser wird dabei spätestens zusammen mit dem Bindemittel zugegeben. Vorzugsweise wird das Wasser entweder als Mischung mit dem Polyurethanbindemittel zugegeben oder bereits vor Zugabe des Polyurethanbindemittels mit dem Granulat des zelligen Polyurethanelastomers vermischt. Weiter kann auch ein Teil des Wassers vor Zugabe des Polyurethanbindemittels mit dem Granulat des zelligen Polyurethanelastomers vermischt werden und der verbleibende Teil des Wassers zusammen mit dem Polyurethanbindemittel zugegeben werden.
  • Die Aushärtung der Mischung kann durch Zugabe weiterer gegenüber Isocyanat reaktiver Verbindungen (b) und/oder Kettenverlängerungs- oder Vernetzungsmittel (c), dem sogenannten Zweikomponentenverfahren, erfolgen. Alternativ kann die Aushärtung ausschließlich durch Einwirkung von Wasser erfolgen, dem sogenannten Einkomponentenverfahren. Vorzugsweise erfolgt die Aushärtung ausschließlich durch Einwirkung von Wasser. Erfolgt die Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtstoffs im Einkomponentenverfahren wird bevorzugt kein Kettenverlängerungs- oder Vernetzungsmittel (c) zur Herstellung des Isocyanatgruppen aufweisenden Prepolymers eingesetzt.
  • Die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten elastischen Flächengebilde, wie Elastizität, Härte, Raumgewicht und Wasserdurchlässigkeit, können durch Variation von Größe, Gestalt, Elastizitätsmodul und Dichte des Granulats des zelligen Polyurethanelastomers, Bindemittelgehalt, mittlere NCO-Funktionalität des Bindemittels, Gehalt des Bindemittels an Isocyanatgruppen, Verdichtungsgrad und Aushärtebedingungen in weiten Grenzen variiert werden.
  • Die Formgebung des erfindungsgemäßen Schichtstoffs erfolgt üblicherweise durch Aufschütten, Verteilen und Verdichten der erfindungsgemäßen Mischung, enthaltend Polyurethanbindemittel, Wasser und Granulat eines zelligen Polyurethanelastomers, mit Hilfe von an sich für die Herstellung von Boden- und Straßenbelägen bekannten Maschinen und Werkzeugen auf die jeweils zu beschichtende Unterlage, wie Beton, Estrich oder Asphalt, in der gewünschten Schichtdicke, die je nach Einsatzgebiet üblicherweise 2 bis 30 mm beträgt. Die Formgebung kann jedoch auch in gegebenenfalls beheizten Formen oder Pressen erfolgen, wobei die Flächengebilde nach der Aushärtung in Form von Platten erhalten werden, die dann ihrerseits in an sich bekannter Weise zur Herstellung der genannten Beläge verlegt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Schichtstoffe sind vorzugsweise nicht über das Bindemittel geschäumt und weisen eine Dichte von 0,1 bis 2,0 g/cm3 auf. Vorteile erfindungsgemäßer Schichtstoffe sind ein geringeres Gewicht und die Einstellbarkeit von Härte und Elastizität über einen weiten Bereich. Weiter können bei bekannten „Rubber-Crumb"-Materialien vorkommenden Gerüche und gesundheitsschädlichen Ausdünstungen der Gummipartikel reduziert bzw. eliminiert werden. Dadurch ist ein erfindungsgemäßer Schichtstoff insbesondere für Anwendungen in geschlossenen Räumen, beispielsweise Sporthallen oder als Bodenbelag für Kinderspielplätze und Spielfelder geeignet. Weiter können erfindungsgemäße Schichtstoffe als Bodenbelag für Leichtathletiklaufbahnen, sonstige Sportflächen oder Gehwege verwendet werden.
  • Eine weitere Anwendungsmöglichkeit stellt der Bau- und Konstruktionsbereich dar. Hier kann das erfindungsgemäße Material als elastische Dichtung anstelle von direkt geschäumtem Material eingesetzt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft für Anwendungen, bei denen das direkte Schäumen Nachteile aufweist, wie bei sehr tiefen oder druckempfindlichen Fugen und Anwendungen bei denen eine lange offene Zeit zur Verarbeitung erforderlich ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert.
  • Beispiel 1 (B1):
  • Ein Polyurethanintegralschaumstoff mit einer gemittelten Dichte von 450 kg/m3 wurde in einer Mühle mit einer Siebgröße von 4 mm zu Elastomermahlgut zerkleinert. In einem Behälter aus Polypropylen wurde eine Mischung aus 200 g Elastomermahlgut, 40 g Wasser und 80 g eines Polyurethanbindemittels der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung bei Raumtemperatur vermischt bis die Elastomerteilchen vollständig mit dem Bindemittel benetzt waren. Anschließend wurde die Mischung in einen auf einer Polypropylenplatte befestigten Holzrahmen der Maße 20 × 20 × 1,5 cm gefüllt und auf ca. 1 cm Dicke verdichtet. Tabelle 1: Zusammensetzunder Polurethanbindemittel (NCO-Gehalt ca. 10%)
    Beispiel 1 [Gew.-Teile]
    Isocyanat 1 36,0
    Isocyanat 2 2,0
    Polyol 62,0
  • Dabei wurden folgende Einsatzstoffe verwendet:
    Isocyanat 1: Lupranat MI der Elastogran GmbH, MDI, NCO = 33,2%.
    Isocyanat 2: Lupranat MM 103 der Elastogran GmbH, modifiziertes MDI,:
    NCO = 29,5%.
    Polyol: Lupranol 1000 (Polyetherol auf Basis von Propylenoxid,
    OH-Zahl = 56 mg KOH/g)
  • Vergleichsbeispiel 1 (V1):
  • Es wurde analog zu Beispiel 1 verfahren, wobei kein Wasser zugegeben wurde.
  • Vergleichsbeispiel 2 (V2):
  • Es wurde analog zu Vergleichsbeispiel 1 verfahren, wobei anstelle von 40 g Polyurethanbindemittel 20 g Polyurethanbindemittel zugegeben wurde.
  • Vergleichsbeispiel 3 (V3):
  • Es wurde analog zu Vergleichsbeispiel 1 verfahren, wobei anstelle von Elastomermahlgut Gummi auf Basis von Styrol-Butadien-Kautschuk und EPDM zugegeben wurde.
  • Die erhaltenen Schichtstoffe nach Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden bei Raumtemperatur über Nacht im abgesaugten Laborschrank und weitere 24 Stunden bei Normklima (23°C, 50% relative Luftfeuchtigkeit) ausgehärtet und anschließend vermessen. Dabei wurde die Dichte der Platte bestimmt. Anschließend wurden jeweils vier Zugstäbe ausgestanzt und an diesen Stegen die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung in Anlehnung an DIN EN ISO 1856 bestimmt, wobei abweichend von dieser Norm die Stegbreite 25 mm und die Geschwindigkeit 100 mm/min betrug. Der Mittelwert der vier Messungen ist in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2:
    B1 V1 V2 V3
    Zugfestigkeit [kPa] 400,5 202,3 126,5 251,4
    Standardabweichung Zugfestigkeit [kPa] 10,1 16,9 9,2 9,4
    Bruchdehnung [%] 90,25 50,75 57,75 21,75
    Standardabweichung Bruchdehnung [%] 5,62 6,65 5,97 2,31
    Dichte 389,2 375,4 345,4 720,4
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • - DIN 53 018 [0010]
    • - DIN 7726 [0028]
    • - DIN EN ISO 1798 [0028]
    • - DIN ISO 34-1B [0028]
    • - DIN EN ISO 1856 [0046]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von elastischen Schichtstoffen, bei dem man ein Polyurethanbindemittel, das ein Isocyanatgruppen aufweisendes Prepolymer enthält, mit einem Granulat eines zelligen Polyurethanelastomers und gegebenenfalls weiterem Kunststoffgranulat und einem Überschuss an Wasser vermischt, wobei mindestens 20 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht von Isocyanatgruppen aufweisendes Prepolymer, eingesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das zellige Polyurethanelastomen und Wasser vermischt und anschließend das Polyurethanbindemittel zugibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischung aus Wasser und Polyurethanbindemittel herstellt und zu dieser Mischung das zellige Polyurethanbindemittel zugibt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isocyanatgruppen aufweisende Prepolymer erhältlich ist durch Umsetzen oder Vermischen von Polyisocyanaten (a) mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen (b), sowie gegebenenfalls Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmitteln (c), wobei das Polyisocyanat (a) im Überschuss eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethanbindemittel eine Viskosität bei 25°C von 500 bis 4000 mPa·s aufweist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zellige Polyurethanbindemittel eine mittlere Dichte von 100 bis 1000 kg/m3 aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass kein weiteres Kunststoffgranulat verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Gummigranulat als weiteres Kunststoffgranulat verwendet wird.
  9. Elastischer Schichtstoff, erhältlich nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Verwendung eines Schichtstoffs nach Anspruch 9 als Bodenbeläge für Sportflächenbeläge für Spielfelder, Leichtathletiklaufbahnen und Sporthallen, für Kin derspielplätze und für Gehwege oder als elastisches Dichtungsmaterial im Bau- und Konstruktionsbereich.
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