DE10209601A1

DE10209601A1 - Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoffformteils

Info

Publication number: DE10209601A1
Application number: DE10209601A
Authority: DE
Inventors: Erich Jeckle; Franz Schweiggart; Klaus Pfaffelhuber
Original assignee: Faist Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Johann Borgers De GmbH
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: WO2003074250A1; DE10209601B4

Abstract

Bei der Herstellung eines Formteils aus offenzelligem duroplastischem Schaumstoff besteht das dem Schaumstoffrohling (1) zugesetzte und mit diesem zu einem Formteil verpresste Zusatzmittel (Z) aus einem Reaktionsmittel (A), das insbesondere mindestens eine Protonen abspaltende Verbindung aufweist. Bevorzugt werden Essigsäure, Schwefelsäure, Glykolsäure oder P-Toluol-Sulfonsäure in insbesondere kristalliner Form als Reaktionsmittel verwendet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus insbesondere offenzelligem duroplastischem Schaumstoff der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung.

Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt (EP 0 451 535 B1, DE 40 08 046 C2, DE 100 11 388 A1 und EP 0 672 524 B1). Dabei wird als Zusatzmittel ein wärmeaushärtendes Bindemittel insbesondere aus Melaminharz oder Phenolharz verwendet. Es ist auch bekannt, den Formteil aus mehreren Schaumstoff-Teilstücken zusammenzusetzen und zu diesem Zweck in einer Pressform platten- oder blockartig zu verpressen. Auch ein Kaschieren solcher Platten aus offenzelligem Schaumstoff aus Melamin-Formaldehyd-Harz mit dünnen reißfesten Deckschichten aus dünnen Metall- oder Faserfliesen ist bereits bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung solcher Schaumstoff-Formteile insbesondere im dreidimensional verformten Zustand zu vereinfachen und deren Eigenschaften und Funktionsmöglichkeiten zu verbessern.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen derselben beansprucht. Als Zusatzmittel wird ein Reaktionsmittel verwendet, das mit dem Schaumstoffmaterial chemisch reagiert. Der mit diesem Reaktionsmittel versetzte Schaumstoffrohling wird unter Krafteinwirkung bzw. unter Druck und/oder Wärme verformt.

Es empfiehlt sich, als Reaktionsmittel ein saures und zwar insbesondere ein Protonen abspaltendes Reaktionsmittel zu verwenden. Hierbei empfehlen sich besonders Schwefelsäure, Essigsäure und Glykolsäure. Dabei können auch nicht Protonen abspaltende Reaktionsmittel, wie Aluminiumchlorid, Magnesiumchlorid, Zinkchlorid und Natriumtetraborfluorid (NaBF₄) verwendet werden. Auch sogenannte Lewis-Säuren sind als Reaktionsmittel geeignet.

Für manche Anwendungsfälle eignen sich auch alkalische Reaktionsmittel, darunter vor allem Amine und Hydroxide.

Aber auch neutrale Reaktionsmittel mit einem pH-Wert zwischen 6 und 8, darunter vor allem Harnstoff, Urotropin und Glykol, sind als Reaktionsmittel geeignet.

Im Unterschied zu üblichen Bindemitteln, wie Melaminharz, das die benachbarten Melaminmaterialteilchen des Schaumstoffs durch Aushärten miteinander bindet, reagiert das erfindungsgemäß verwendete Reaktionsmittel chemisch mit den benachbarten Schaumstoffmaterialteilen; dabei können Bindungsketten aufgebrochen und unter Einbindung von Reaktionsprodukten des Reaktionsmittels neu geschlossen werden. Dabei kann eine Isomerisierung im Rahmen einer einfachen Reaktion direkt zum Isomeren führen. Es kann aber auch eine Stufenreaktion unter Beteiligung des Reaktionsmittels vor sich gehen und es kann auch eine Reaktion zweier als Reaktionsmittel verwendeter Verbindungen zu einem neuen Produkt verlaufen. In vielen Fällen liegen Reaktionssequenzen mit Verzweigungen vor. Ein übliches Bindemittel reagiert dagegen chemisch nicht mit dem Schaumstoffmaterial, sondern reagiert bei der Wärmeaushärtung nur mit sich selbst.

Es empfiehlt sich die Tränkung des Schaumstoffrohlings mit dem Reaktionsmittel, das im übrigen dem Schaumstoffrohling auch in Schaumform zugesetzt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Reaktionsmittel eine Zeit zwischen 1 und 300 s lang mit dem Schaumstoffrohling in Verbindung gebracht wird, so daß dort eine Reaktion stattfindet, ehe der mit dem Reaktionsmittel versetzte Schaumstoffrohling unter einem Druck zwischen 2 und 100 bar verpresst wird. Das Verpressen sollte zweckmäßigerweise bei einer Temperatur zwischen 15 und 220°C, insbesondere zwischen 160 und 200°C stattfinden.

Für den Schaumstoffrohling eignen sich vor allem Melamin- /Formaldeydharz- oder Phenolharz-Schaumsysteme.

Im Falle der Tränkung kann der Schaumstoffrohling bereits vor dem Verpressen getrocknet werden, sofern die o. g. Reaktion bereits stattgefunden hat. Im übrigen wird während und vor allem nach dem Verpressen getrocknet.

Das Reaktionsmittel kann dem Schaumstoffrohling auch erst während der Einwirkung von Kräften, Druck und/oder Wärme zugesetzt werden, z. B. durch Düsen in der Pressform.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung empfiehlt sich das Verpressen des Schaumstoffrohlings mit einem oder mehreren Abdeckschichten, die beispielsweise als Abdeckvliese ausgebildet sind. Auch die Abdeckschichten selbst können mit dem Reaktionsmittel versehen sein, das eine Protonen abspaltende Verbindung aufweist.

Darüber hinaus können die Abdeckschichten oberflächlich auch mit einer Kleberschicht versehen sein, die von dem im Schaumstoff befindlichen Reaktionsmittel aktivierbar sind.

Eine besondere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß lediglich die Abdeckschichten mit insbesondere dem Protonen abspaltenden Reaktionsmittel versehen sind; dieses Reaktionsmittel dringt erst beim Verpressen in den Schaumstoffrohling ein, an dem die Abdeckschichten anhaften, und löst dort die erwünschte Reaktion im offenzelligen Schaumstoffrohling aus.

Bei der Erfindung findet insbesondere eine säurekatalytische Hydrolyse statt. Durch Zugabe des Reaktionsmittels, in diesem Falle mindestens eine Protonen abspaltbare Verbindung, kommt es, insbesondere bei Essigsäure, zur Spaltung der Melaminetherbrücken-Verbindung und dadurch zur Hydrolyse der Etherbrücken.

Im weiteren Reaktionsverlauf kommt es zur Neubildung und Neuausrichtung sowohl jener Etherbrücken als auch von Methylenbrücken durch die bereits bekannten Reaktionen wie beispielsweise Kondensation. Das Reaktionsmittel wird dann wieder abgespalten und liegt zum größten Teil unverbraucht vor, wodurch die katalytische Wirkungsweise offenbar wird.

Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausbildungen der Erfindung im folgenden erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein schematisches Beispiel für eine Schrittfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Teil von dabei angewendeten Verfahrensschritten und

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt in der Stufe des Verpressens des Schaumstoffrohlings.

Gemäß Fig. 1 wird das Zusatzmittel Z aus einem Reaktionsmittel A, das z. B. mindestens eine Protonen abspaltende Verbindung aufweist, und einem Oleo-/Hydrophobierungsmittel B über Sprühdüsen 3 den Oberflächen des offenzelligen unausgehärteten Schaumstoffrohlings 1 zugeführt. Dies geschieht in der Tränkstufe Tr.

Anschließend reagiert das Reaktionsmittel A in der Reaktionsstufe R innerhalb einer Reaktionszeit von beispielsweise t = 120 s mit den Schaumstoffmaterialien.

Sofern die flüssigen Anteile nicht unmittelbar anschließend in einer Trocknungsstufe Tro getrocknet werden, folgt anschliessend in der Verpreßstufe V das Verpressen des Schaumstoffrohlings in die gewünschte insbesondere dreidimensional verformte Form zu einem Formkörper. Hierbei wird ein Druck P von insbesondere bis 100 bar und eine Temperatur T von beispielsweise 160°C angewendet. Die Verpreßstufe dauert eine Zeit t von beispielsweise 60 s.

Sofern keine Vortrocknung erfolgte, schließt sich nun in der Trockenstufe Tro das Trocknen bei etwa 100°C bis 250°C an, so daß der Formkörper nicht nur in der gewünschten Form verbleibt, sondern auch trocken ist und sich keine weiteren Reaktionen anschließen. Dabei entweichen auch eventuelle flüchtige Reaktionsprodukte.

Gemäß Fig. 2 wird in Transportrichtung TR ein mattenförmiger Schaumstoffrohling 1 zuerst von oben mit einer oberen Sprühdüse 3a und von unten mit einer unteren Sprühdüse 3b mit je etwa 250 g/m² mit dem Zusatzmittel Z in wässriger Form besprüht. Bei diesem Beispiel besteht die Matte bzw. Platte des Schaumstoffrohlings 1 aus Melaminschaum einer Dicke von 15 mm. Zur Hydrophobierung dient das unter der Marke "DIPOLIT 480" bekannte Fluoralkylester. Außerdem weist das Zusatzmittel Essigsäure auf; es kann auch ein Farbpigment beispielsweise schwarz enthalten.

Das Tränken wird begünstigt, wenn der Schaumstoffrohling 1 nach dem Besprühen mit dem Zusatzmittel zwischen Walzen 4 und Kalandern 5 durchgewalzt und durchgewalkt wird, wodurch das Zusatzmittel noch besser in die Formhohlräume u. a. auch durch Kapillarwirkung eindringt und für eine gute Durchtränkung sorgt. Anschließend findet nach der oben schon genannten Reaktionszeit t das Verpressen zwischen einem Oberstempel 6a und einem Unterstempel 6b statt. Die Reaktion während der Reaktionsstufe R und das Verpressen in der Verpreßstufe V beim Zusammendrücken der Zellwände sorgt dafür, daß sich diese durch neue chemische Bindungen auch ohne Bindemittel versteifen.

Gemäß Fig. 3 sind auf die Oberseite und Unterseite des Schaumstoffrohlings nach dem Tränken und Trocknen des Schaumstoffrohlings 1 Abdeckschichten 2 angebracht, die an der dem Schaumstoffrohling 1 zugewandten Seite je mit einer Klebeschicht 2a, einer sogenannten "Haftbeschichtung", überzogen sind, die z. B. aus Melaminharz bestehen. Der Oberstempel 6a und der Unterstempel 6b sind auf Temperaturen von T = 200°C gebracht. Dabei weist der Oberstempel 6a eine nach unten ausladende Ausladung und der Unterstempel 6b eine entsprechende Vertiefung auf, so daß der in Fig. 3 dargestellte Schaumstoffrohling 1 mit den beiden Abdeckschichten 2 beim Zusammenfahren der beiden Stempel 6a, 6b dreidimensional verformt wird.

Im folgenden werden zwei Beispiele einerseits für Trockenverpressen (Trocknen vor dem Verpressen) und andererseits für Feuchtverpressen (Trocknen nach dem Verpressen) vorgestellt:
Beim Trockenverpressen weist das Zusatzmittel eine Säurekonzentration von insbesondere 2 bis 20% bei beispielsweise Essigsäure oder Glykolsäure auf. Die Reaktionszeit t beträgt mindestens 3 s insbesondere mehr als 120 s während der Reaktionsstufe R. Die Presszeit t beträgt bis zu 300 s, insbesondere zwischen 30 und 90 s. Die Temperatur T beim Verpressen beträgt bis zu 250°C, vorzugsweise zwischen 160 und 240°C. Die Temperatur beim Vortrocknen beträgt bis zu 250°C, insbesondere zwischen 100 und 200°C.

Beim Feuchtverpressen kann die Säurekonzentration mit insbesondere 1 bis 15% bei beispielsweise wiederum Essigsäure oder Glykolsäure etwas niedriger sein als beim Trockenverpressen. Die Reaktionszeit in der Reaktionsstufe R ist etwa gleich lang wie beim Trockenverpressen. Die Presszeit kann etwas verkürzt werden auf t zwischen insbesondere 20 und 80 s. Auch die Presstemperatur T kann etwas niedriger sein und vorzugsweise 120 bis 200°C betragen. Auch die Trocknungstemperatur in der auf die nach der Verpreßstufe V folgenden Trocknungsstufe Tro ist etwas niedriger mit vorzugsweise 80 bis 120°C.

Als Oleo/Hydrophobierungsmittel eignen sich insbesondere solche auf Fluor-, Silicon- oder Cirkon-Basis, beispielsweise das unter der Marke DIPOLIT 480 der Fa. Rotta bekannte Fluor- Oleo/Hydrophobierungsmittel.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Formteil aus offenzelligem duroplastischem Schaumstoff, bei dem ein Schaumstoffrohling (1) mit einem Zusatzmittel (Z) versetzt und zu dem Formteil verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmittel (Z) ein Reaktionsmittel (A) verwendet und daß der Schaumstoffrohling (1) mit dem Reaktionsmittel (A) unter Krafteinwirkung bzw. Druck (P) und/oder Wärme verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmittel ein Reaktionsmittel mit mindestens einer Protonen abspaltenden Verbindung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmittel ein Reaktionsmittel verwendet wird, das als Lewis-Säure bezeichnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmittel (Z) ein wässriges Reaktionsmittel (A) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein saures Reaktionsmittel verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß P-Toluol-Sulfonsäure in insbesondere kristalliner Form als Reaktionsmittel verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Essigsäure als Reaktionsmittel (A) verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schwefelsäure als Reaktionsmittel (A) verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Glykolsäure als Reaktionsmittel (A) verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein alkalisches Reaktionsmittel (A) verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Amin als Reaktionsmittel (A) verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hydroxid als Reaktionsmittel (A) verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein neutrales Reaktionsmittel (A) mit einem pH-Wert zwischen 6 und 8 verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Harnstoff, Urotropin und/oder Glykol als Reaktionsmittel (A) verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Reaktionsmittel (A) versetzte Schaumstoffrohling (1) derart verpreßt wird, daß durch insbesondere eine säurekatalytische Reaktion eine Vernetzung der vorher aufgespaltenen Molekülstruktur des Schaumstoffrohlings (1) erfolgt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel (A) mit oleo- und/oder hydrophobierenden Mitteln (B) versetzt wird oder eine solche Wirksamkeit aufweist.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffrohling (1) mit dem Reaktionsmittel (A) getränkt wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel (A) dem Schaumstoffrohling in Schaumform zugesetzt wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel eine Zeit zwischen 1 und 300 s lang mit dem Schaumstoffrohling (1) in Verbindung gebracht und anschließend der mit diesem versetzte Schaumstoffrohling (1) mit einem Druck (P) zwischen 2 und 100 bar verpreßt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur zwischen 15 und 220°C verpreßt wird.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Melamin/Formaldehydharzschaumsystem für den Schaumstoffrohling (1) verwendet wird.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffrohling (1) nach dem Verpressen getrocknet wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffrohling (1) vor dem Verpressen getrocknet wird.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Abdeckschichten (2) zusammen mit dem Schaumstoffrohling (1) verpresst werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß für Abdeckschichten (2) Abdeckvliese verwendet werden.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschichten (2) selbst mit dem Reaktionsmittel versetzt werden.

27. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschichten (2) mit einer Klebeschicht (2a) versehen werden, die von dem im Schaumstoff befindlichen Reaktionsmittel (A) aktivierbar sind.

28. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktionsmittel (A) nur den Abdeckschichten (2) zugegeben werden, so daß dieses beim Verpressen in den Schaumstoff eindringt und die Reaktion in diesem auslöst.

29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel (A) während der Kraft- und/oder Wärmeeinwirkung dem Schaumstoffrohling (1) zugegeben wird.