DE10211975A1

DE10211975A1 - Verfahren zur Herstellung von Polyurethanweichschaumstoffen

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Publication number: DE10211975A1
Application number: DE10211975A
Authority: DE
Inventors: Martin Bergmeier; Annerose Schirmer; Kathrin Ziemen
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Weichschaumstoffen mit einer Dichte von 15 kg/m·3· bis 60 kg/m·3· auf Basis von Polyurethanen durch Umsetzung von (a) 4,4'-, 2,2'- und/oder 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat mit (b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 500 g/mol bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls (c) Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmitteln mit einem Molekulargewicht von 60 g/mol bis 499 g/mol in Gegenwart von (d) Treibmitteln und gegebenenfalls (e) Katalysatoren und/oder (f) Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man als (b) gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen folgende Verbindungen (b1) und (b2) einsetzt: DOLLAR A 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Polyetherpolyol (b1), dessen Verhältnis von Ethylenoxid zu Propylenxid mindestens 2 : 1 beträgt sowie DOLLAR A 80 Gew.-% bis 95 Gew.-% Polyetherpolyol (b2), dessen Verhältnis von Ethylenoxid zu Propylenxid höchstens 0,5 : 1 beträgt, DOLLAR A wobei sich die Gewichtsangaben zu (b1) und (b2) auf das Gesamtgewicht der Summe von (b1) und (b2) beziehen.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Weichschaumstoffen mit einer Dichte von 15 kg/m³ bis 60 kg/m³, bevorzugt 15 kg/m³ bis 40 kg/m³, auf Basis von Polyurethanen, die gegebenenfalls Harnstoffstrukturen enthalten, durch Umsetzung von (a) 4,4'-, 2,2'- und/oder 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat mit (b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 500 g/mol bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls (c) Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmitteln mit einem Molekulargewicht von 60 g/mol bis 499 g/mol in Gegenwart von (d) Treibmitteln und gegebenenfalls (e) Katalysatoren und/oder (f) Zusatzstoffen. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf Weichschaumstoffe mit einer Dichte von 15 kg/m³ bis 60 kg/m³ auf Basis von Polyurethanen, die nach diesem Verfahren herstellbar sind.
Die Herstellung von Weichschaumstoffen auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, üblicherweise Polyurethanprodukten, die gegebenenfalls Harnstoffstrukturen enthalten können, durch Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen in Gegenwart von Wasser als Treibmittel, Katalysatoren sowie gegebenenfalls Zusatzstoffen ist vielfach beschrieben worden. Das Wasser reagiert mit dem Isocyanat unter Freisetzung von Kohlendioxid, welches das Reaktionsgemisch aufschäumt (Treibreaktion). Es bleibt ein Amin zurück, welches mit einem Isocyanat zu Harnstoff reagiert. Dieser Harnstoff bildet Wasserstoffbrücken aus, so dass sich mehrere Harnstoffe assoziieren und eine Hartphase ausbilden. Möchte man Produkte in einer Form bei niedriger Dichte schäumen, z. B. 15 bis 60 kg/m³, ist ein hoher Wassergehalt von beispielsweise 3 bis 6% vorteilhaft, um die gewünschte niedrige Dichte zu erreichen. Dies hat jedoch einen negativen Einfluss auf Druckverformungsrest, Resilience, Ball Rebound, Härteverlust nach Dauerschwingtest, da die Weichschaumstoffe mit den angegebenen hohen Wassergehalten zu hart werden und einen geringen Komfort bieten. Auch der "Griff" ist häufig unangenehm.

WO 01/60884 und EP-A 547 765 beschreiben die Herstellung von Weichschaumstoffen durch Umsetzung von MDI mit Polyolen, die einen sehr hohen Gehalt an Ethylenoxideinheiten aufweisen. Nachteilig an dieser technischen Lehre ist, dass der 4,4'-MDI-Gehalt sehr hoch sein muss. Dies führt zum einen zu höheren Kosten und zum anderen zu einer verringerten Kältestabilität, da 4,4'-MDI leichter kristallisiert.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Weichschaumstoffen mit einer Dichte von 15 kg/m³ bis 60 kg/m³ auf Basis von Polyurethanen durch Umsetzung von (a) 4,4'-, 2,2'- und/oder 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat mit (b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 500 g/mol bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls (c) Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmitteln mit einem Molekulargewicht von 60 g/mol bis 499 g/mol in Gegenwart von (d) Treibmitteln und gegebenenfalls (e) Katalysatoren und/oder (f) Zusatzstoffen zu entwickeln, nach dem Schaumstoffe erhältlich sind, bei denen mindestens eine, möglichst alle der eingangs angegebenen Eigenschaften sowie möglichst der "Griff" verbessert sind.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass man als (b) gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen folgende Verbindungen (b1) und (b2) einsetzt:
5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bevorzugt 8 Gew.-% bis 17 Gew.-%, besonders bevorzugt 8 Gew.-% bis 15 Gew.-%, insbesondere 8 Gew.-% bis 12 Gew.-% Polyetherpolyol (b1), dessen Verhältnis von Ethylenoxid zu Propylenxid bevorzugt bei der Herstellung mindestens 2 : 1, bevorzugt 2,4 : 1 bis 100 : 1, besonders bevorzugt 3 : 1 bis 50 : 1 beträgt sowie
80 Gew.-% bis 95 Gew.-%, bevorzugt 83 Gew.-% bis 92 Gew.-%, besonders bevorzugt 85 Gew.-% bis 92 Gew.-%, insbesondere 88 Gew.-% bis 92 Gew.-% Polyetherpolyol (b2), dessen Verhältnis von Ethylenoxid zu Propylenxid bevorzugt bei der Herstellung höchstens 0,5 : 1, bevorzugt 0,001 : 1 bis 0,3 : 1, besonders bevorzugt 0,01 : 1 bis 0,25 : 1 beträgt,
wobei sich die Gewichtsangaben zu (b1) und (b2) auf das Gesamtgewicht der Summe von (b1) und (b2) beziehen. Dabei können die erfindungsgemäßen Polyole (b1) und (b2) beispielsweise in Mischung oder getrennt, zur Herstellung eines Hydroxylgruppen- oder bevorzugt Isocyanatgruppen aufweisenden Prepolymers oder als Polyolkomponente im one-shot Verfahren eingesetzt werden.

Die assoziierten Harnstoffe (Hartphase) wirken sich positiv aus auf Eigenschaften wie Weiterreisskraft, Zugfestigkeit und Härteerhöhung, aber negativ auf Eigenschaften wie Druckverformungsrest, Elastizität (Rückprall und Resilience) und Ermüdungsverhalten, beispielsweise im Dauerschwingtest. Durch die große Menge an Wasser werden jedoch automatisch viele assoziierte Harnstoffe gebildet, mit den entsprechenden negativen Folgen für die Eigenschaften der Weichschäume.

Um trotzdem mit MDI niedrigdichte Formschäume mit guten Eigenschaften herstellen zu können, ist es notwendig, die Konzentration des assoziierten Harnstoffs zu verringern. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch Hydrophilierung bzw. Polarisierung des Systems. Generell eignen sich dafür alle Substanzen, die hydrophiler bzw. polarer sind verglichen mit bekannten und üblichen Polyolen auf Basis von überwiegend Propylenoxid(PO)-Einheiten. Erfindungsgemäß werden somit Ethylenoxid(EO)-reiche gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen eingesetzt. Diese können sowohl als Zusatz in der Polyolkomponente fungieren als auch als Prepolymer in der Isocyanatkomponente eingesetzt werden.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Verbesserung des trockenen Druckverformungsrests (CS), der Resilience, des Ball Rebounds, der Hysterese und der Dauergebrauchseigenschaften (Dauerschwingversuch) erreicht. Außerdem werden beispielsweise Kissen weicher, komfortabler und weisen einen angenehmeren Griff (touch) auf. Die Verarbeitbarkeit wird verbessert, da das Reaktionsgemisch in der Form besser fließt. Dies hat große Vorteile bei der Produktion komplexer Formteile. Gegenüber den in WO 01/60884 und EP-A 547 765 beschriebenen Schaumstoffen mit einem sehr hohen Anteil an Ethylenoxideinheiten und einem sehr hohem Anteil an 4,4'-MDI besteht der Vorteil der vorliegenden technischen Lehre in den geringeren Kosten der B-Komponente und deren verbesserter Kältestabilität, da der Gehalt an Roh-MDI größer als 25% (Gewicht) sein kann. Das Verhältnis von Ethylenoxid, in dieser Schrift auch als EO bezeichnet, zu Propylenoxid, in dieser Schrift auch als PO bezeichnet, ergibt sich aus dem Gewichtsverhältnis der bei der Herstellung des Polyols eingesetzten Alkylenoxide. Per Definition werden dabei alle [-O-CH₂-CH₂-]-O- Einheiten in dem Polyol der bei der Herstellung des Polyols eingesetzten Menge an Ethylenoxid zugerechnet und alle [-O-CH₂-CH₂CH₃-]-O- der eingesetzten Menge an Propylenoxid. Die erfindungsgemäßen Polyether (b1) weisen bevorzugt ein Molekulargewicht von 1000 g/mol bis 8000 g/mol, besonders bevorzugt 2000 g/mol bis 8000 g/mol, insbesondere 3000 g/mol bis 6000 g/mol auf. Die erfindungsgemäßen Polyether (b2) weisen bevorzugt ein Molekulargewicht von 1000 g/mol bis 8000 g/mol, besonders bevorzugt 2000 g/mol bis 8000 g/mol, insbesondere 3000 g/mol bis 6000 g/mol auf. Die mittlere Funktionalität der erfindungsgemäßen Verbindungen (b1) und (b2) gegenüber Isocyanaten beträgt bevorzugt 1,8 bis 3, besonders bevorzugt 2 bis 3.

Herstellung der erfindungsgemäßen Polyetherpolyole, allgemein auch als Polyetheralkohole bezeichnet, kann nach allgemein bekannter Technologie erfolgen, beispielsweise durch anionische Polymerisation mit Alkalihydroxiden, wie z. B. Natrium- oder Kaliumhydroxid oder Alkalialkoholaten, wie z. B. Natriummethylat, Natrium- oder Kaliumethylat oder Kaliumisopropylat, als Katalysatoren und unter Zusatz mindestens eines Startermoleküls, das 2 bis 4, vorzugsweise 2 oder 3, reaktive Wasserstoffatome gebunden enthält, oder durch kationische Polymerisation mit Lewis- Säuren, wie Antimonpentachlorid, Borfluorid-Etherat u. a. oder Bleicherde, als Katalysatoren aus einem oder mehreren Alkylenoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest. Entsprechend der Anwendung werden üblicherweise die notwendigen Startsubstanzen gemischt, bevorzugt mit Katalysatoren, beispielsweise allgemein bekannten Multimetallcyanid-Katalysatoren, üblichen basischen Katalysatoren, insbesondere Alkali- bzw. Erdalkalihydroxiden, versetzt und bei erhöhten Temperaturen und Drücken mit Alkylenoxiden, je nach Polyol insbesondere Ethylenoxid bzw. Propylenoxid sowie gegebenenfalls weiteren Alkylenoxiden wie z. B. Tetrahydrofuran, 1,2- bzw. 2,3-Butylenoxid, Styroloxid umgesetzt. Dabei können die Alkylenoxide gemischt oder blockweise eingesetzt und somit im Polyetherol angeordnet sein.

Als Startsubstanzen können allgemein für diesen Zweck bekannte Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise mehrwertige, insbesondere zwei- und/oder dreiwertige Alkohole, wie Ethandiol, Propandiol-1,2 und -1,3, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6, Glycerin und/oder Trimethylolpropan.

Nach der Synthese wird der Katalysator üblicherweise durch Säureneutralisation, Destillation und Filtration entfernt. Als Säuren werden im allgemeinen die beiden anorganischen Säuren Salzsäure und/oder Phosphorsäure wegen der genauen Steuerung des Äquivalenzpunktes und der technologisch einfachen Entfernung von eventuellen Säureüberschüssen verwendet.

Bevorzugt beträgt der Anteil der erfindungsgemäßen Polyetherole (b1) und (b2) in Summe mindestens 80 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, insbesondere 100 Gew.-% an dem Gesamtgewicht der zur Herstellung der Weichschaumstoffe eingesetzten gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen (b).

Insbesondere werden die erfindungsgemäßen Polyetherole (b1) und (b2) als alleinige gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen (b) eingesetzt, bevorzugt auch bei einer möglichen und bevorzugten Herstellung eines Isocyanat-terminierten Prepolymers als Isocyanatkomponente durch Umsetzung beispielsweise der an späterer Stelle beschriebenen Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen.

Bevorzugt setzt man als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (b1) Polyether mit einem Molekulargewicht von 1000 g/mol bis 8000 g/mol ein, hergestellt durch Alkoxylierung von zwei- und/oder dreiwertigen Alkoholen mit Ethylenoxid (EO) und Propylenoxid (PO) in einem Gewichtsverhältnis von EO zu PO von 2 : 1 bis 10 : 1. Bevorzugt setzt man als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (b2) Polyether mit einem Molekulargewicht von 1000 g/mol bis 8000 g/mol ein, hergestellt durch Alkoxylierung von zwei- und/oder dreiwertigen Alkoholen mit Propylenoxid (PO) und Ethylenoxid (EO) in einem Gewichtsverhältnis von EO zu PO von 0,1 : 1 bis 0,5 : 1.

Als Isocyanate (a) werden erfindungsgemäß 4,4'-, 2,2'- und/oder 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) eingesetzt. Gegebenenfalls können zusätzlich zu diesen erfindunggemäßen Isocyanaten weitere allgemein zur Herstellung von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten bekannte Isocyanate, z. B. allgemein bekannte aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische und vorzugsweise aromatische mehrwertige Isocyanate, insbesondere 2,4- und/oder 2,6-Toluylendiisocyanat (TDI), Polyphenylpolymethylen-polyisocyanate, Mischungen aus 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diphenylmethandiisocyanaten und Polyphenylpolymethylen-polyisocyanaten (Roh-MDI) und Mischungen aus Roh-MDI und Toluylendiisocyanaten, eingesetzt werden. Die Isocyanate können gegebenenfalls modifiziert verwendet werden. Beispielsweise können die Isocyanate (a) Ester-, Harnstoff-, Biuret-, Allophanat-, Carbodiimid-, Isocyanurat-, Uretdion- und/oder Urethangruppen aufweisen. Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Weichschaumstoffe ausschließlich mit MDI hergestellt. Als Isocysanatkomponente (a) bevorzugt ist eine MDI-Mischung, welche 2,4'-, 4,4'-MDI und höhermolekulare MDI-Polymere enthält. Das molare Verhältnis von 2,4'-MDI zu 4,4'-MDI beträgt bevorzugt 4 : 1 bis 0,25 : 1, besonders bevorzugt 2 : 1 bis 0,33 : 1. Der NCO-Gehalt liegt in diesem Falle bevorzugt zwischen 31 und 33%. Es ist auch möglich, ein MID-Prepolymer einzusetzen, welches mit den obigen Bestandteile sowie den erfindungsgemäßen Polyetherolen hergestellt wurde. Der NCO-Gehalt eines solchen Prepolymeren liegt bevorzugt zwischen 25 und 31%.

Gegebenenfalls können zusätzlich zu den erfindungsgemäßen Polyetherolen weitere gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (b) eingesetzt werden, zweckmäßigerweise solche mit einer mittleren Funktionalität von 1,8 bis 3, vorzugsweise 2 bis 3, und einem Molekulargewicht von 500 g/mol bis 8000 g/mol, vorzugsweise von 1000 g/mol bis 3000 g/mol. Bewährt haben sich z. B. Polyole ausgewählt aus der Gruppe der Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polythioether-polyole, hydroxylgruppenhaltigen Polyacetale und hydroxylgruppenhaltigen aliphatischen Polycarbonate oder Mischungen aus mindestens zwei der genannten Polyole. Vorzugsweise Anwendung finden Polyesterpolyole und/oder Polyetherpolyole.

Als Kettenverlängerung- und/oder Vernetzungsmittel (c) können gegebenenfalls Diole und/oder Triole mit Molekulargewichten von 60 g/mol bis 499 g/mol als Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Zur Modifizierung der mechanischen Eigenschaften, z. B. der Härte, kann sich jedoch der Zusatz von Kettenverlängerungsmitteln, Vernetzungsmitteln oder gegebenenfalls auch Gemischen davon als vorteilhaft erweisen. Die Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel weisen vorzugsweise ein Molekulargewicht von 60 g/mol bis 300 g/mol auf. In Betracht kommen beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische und/ oder araliphatische Diole mit 2 bis 14, vorzugsweise 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Ethylenglykol, Propandiol-1,3, Decandiol-1,10, o-, m-, p-Dihydroxycyclohexan, Diethylenglykol, Dipropylenglykol und vorzugsweise Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6 und Bis-(2-hydroxy-ethyl)-hydrochinon, Triole, wie 1,2,4-, 1,3,5-Trihydroxy-cyclohexan, Glycerin und Trimethylolpropan und niedermolekulare hydroxylgruppenhaltige Polyalkylenoxide auf Basis Ethylen- und/oder 1,2-Propylenoxid und den vorgenannten Diolen und/oder Triolen als Startermoleküle. Sofern zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe Kettenverlängerungsmittel, Vernetzungsmittel oder Mischungen davon Anwendung finden, kommen diese zweckmäßigerweise in einer Menge von 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 2 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der insgesamt eingesetzten gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen, zum Einsatz.

Als Treibmittel (d) zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe wird bevorzugt Wasser, das mit Isocyanatgruppen unter Bildung von Kohlendioxid reagiert, eingesetzt, bevorzugt in einer Menge von 3 bis 6 Gew.-% Wasser, besonders bevorzugt in einer Menge von 4 Gew.-% bis 5 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht von (b), (d) sowie gegebenenfalls (c), (e) und (f). Zusätzlich zum Wasser können bevorzugt übliche weitere Treibmittel, besonders bevorzugt physikalisch wirkende Treibmittel, verwendet werden. Geeignet sind als solche physikalisch wirkenden Treibmittel Flüssigkeiten, welche gegenüber den organischen, gegebenenfalls modifizierten Polyisocyanaten inert sind und Siedepunkte unter 100°C, vorzugsweise unter 50°C, insbesondere zwischen -50°C und 30°C bei Atmosphärendruck aufweisen, so dass sie unter dem Einfluss der exothermen Polyadditionsreaktion verdampfen. Beispiele derartiger, vorzugsweise verwendbarer Flüssigkeiten sind Alkane, wie Heptan, Hexan, n- und iso-Pentan, vorzugsweise technische Gemische aus n- und iso-Pentanen, n- und iso-Butan und Propan, Cycloalkane, wie Cyclopentan und/oder Cyclohexan, Ether, wie Furan, Dimethylether und Diethylether, Ketone, wie Aceton und Methylethylketon, Carbonsäurealkylester, wie Methylformiat, Dimethyloxalat und Ethylacetat und halogenierte Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise übliche Fluorkohlenwasserstoffe und/oder Chlorkohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Dichlormethan. Auch Gemische dieser niedrigsiedenden Flüssigkeiten untereinander und/oder mit anderen substituierten oder unsubstituierten Kohlenwasserstoffen können verwendet werden. Geeignet sind ferner organische Carbonsäuren, wie z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure, Ricinolsäure und carboxylgruppenhaltige Verbindungen. Es kann auch CO₂ als physikalisches Treibmittel benutzt werden. Dabei besteht die Möglichkeit, CO₂ entweder im Batchverfahren oder Online in das Reaktionsgemisch einzubringen. Die Treibmittel werden üblicherweise den Komponenten (b) und/oder (c) zugesetzt. Sie können jedoch der Isocyanatkomponente oder als Kombination sowohl der Polyolkomponente als auch der Isocyanatkomponente oder Vormischungen dieser Komponenten mit den übrigen Aufbaukomponenten zugesetzt werden. Die eingesetzte Menge des physikalischen wirkenden Treibmittels liegt bevorzugt bei 0,5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht der insgesamt eingesetzten gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen. Das Wasser als Treibmittel wird vorzugsweise der Polyolkomponente zugesetzt.

Als Katalysatoren (e) zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe können gegebenenfalls allgemein bekannte Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise für diesen Zweck bekannte Amidine, Tetraalkylammoniumhydroxide, Alkalihydroxide, Alkalialkoholate, Alkalisalze von langkettigen Fettsäuren mit 10 bis 20 C-Atomen oder bevorzugt Metallsalze und/oder tertiäre Amine, 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, verwendet wird.

Der Reaktionsmischung zur Herstellung der Polyurethanschaumstoffe können gegebenenfalls noch Zusatzstoffe (f) einverleibt werden. Genannt seien beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Schaumstabilisatoren, Zellregler, Füllstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Flammschutzmittel, Hydrolyseschutzmittel, fungistatische und bakteriostatisch wirkende Substanzen.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polyurethanschaumstoffe werden die Komponenten (a), (b) sowie gegebenenfalls (c) bevorzugt in solchen Mengen zur Umsetzung gebracht, dass das Äquivalenzverhältnis von NCO-Gruppen der Isocyanate zur Summe der reaktiven Wasserstoffatome der Mischung und gegebenenfalls der Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel 0,85 bis 1,25 : 1, vorzugsweise 0,95 bis 1,15 : 1 und insbesondere 1 bis 1,05 : 1, beträgt.

Die Polyurethanschaumstoffe werden vorteilhafterweise nach dem one shot-Verfahren, beispielsweise mit Hilfe der Hochdruck- oder Niederdruck-Technik in offenen oder geschlossenen Formwerkzeugen, beispielsweise metallischen Formwerkzeugen, hergestellt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, nach dem Zweikomponentenverfahren zu arbeiten und die gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen (b), das oder die Treibmittel (d) und gegebenenfalls die Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel (c), die Katalysatoren (e) und Zusatzstoffe (f) in der Komponente (A) zu vereinigen und als Komponente (B) die Isocyanate (a) oder Mischungen aus den Isocyanaten (a) und gegebenenfalls Treibmittel (d) zu verwenden.

Die Ausgangskomponenten werden in Abhängigkeit vom Anwendungsfall bei einer Temperatur von 0 bis 100°C, vorzugsweise von 20 bis 60°C, gemischt und in das offene oder gegebenenfalls unter erhöhtem Druck in das geschlossene Formwerkzeug eingebracht oder bei einer kontinuierlichen Arbeitsstation auf ein Band, das die Reaktionsmasse aufnimmt, aufgetragen. Die Vermischung kann, wie bereits dargelegt wurde, mechanisch mittels eines Rührers oder einer Rührschnecke durchgeführt werden. Die Reaktionstemperatur in dem Formwerkzeug, d. h. die Temperatur, bei die Umsetzung erfolgt, ist erfindungsgemäß > 40°C, bevorzugt 60 bis 90°C.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Weichschaumstoffe mit einer Dichte von 15 kg/m³ bis 60 kg/m³, bevorzugt 30 kg/m³ bis 45 kg/m³ auf Basis von Polyurethanen werden bevorzugt im Möbel- und Automobilbereich eingesetzt, besonders bevorzugt als Polstermaterial. Bevorzugt weisen die Weichschaumstoffe eine Hysterese kleiner 20% nach ISO 3386 und einen Härteverlust nach Dauerschwingtest gemäß ISO 3385 von kleiner 15% auf.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Herstellung eines Polyurethan-Weichschaumes durch Vermischen von A- und B-Komponente und Eintrag in eine durch Trennmittel eingetrennte Aluminiumform (400 × 400 × 75 mm) bei 55°C.
Die Vermischung der Komponenten erfolgte durch eine Hochdruckmaschine (Puromat® UL30, Elastogran GmbH). Die Temperatur der Komponenten betrug zwischen 20 und 30°C. Der Vermischungsdruck war 150 bar, Austragsleistung 250 g/s. Das Kissen wurde nach 4 min entformt und gewalkt. Nach 24 h Lagerung im Standardklima wurden die mechanischen Prüfwerte bestimmt. A-Komponente (Angaben in Gew.-%)

Polyol 1 84,7

Polyol 2 8,5

Dithanolamin 0,8

Triethylendiamin (1) 0,25

Bisdimethylaminoethylether (2) 0,2

Wasser 4,7

Tegostab® B 4690 0,85 (Goldschmidt)
Polyol 1: Molekulargewicht 6000 g/mol, OH-Zahl 28, theoretische Funktionalität 3, 85 Gew.-% P0, 15 Gew.-% EO
Polyol 2: Molekulargewicht 4000 g/mol, OH-Zahl 42, theoretische Funktionalität 3, 75 Gew.-% E0, 25 Gew.-% PO
(1): 33% in Dipropylenglycol, Air Products
(2): 70% in Dipropylenglycol, Air Products.

Als Isocyanat (B-Kompomnente) diente ein Prepolymer, welches hergestellt wurde durch Umsetzung von 12 Gew.-% Polyol 2, 23 Gew.-% Lupranat® M20W (Elastogran GmbH), 10 Gew.-% Lupranat® ME (Elastogran GmbH) und mit Lupranat® MI (Elastogran GmbH) auf 100-Gew.-% aufgefüllt wurde. Der NCO-Gehalt betrug 30%. Es wurde bei einem Index von 90 geschäumt.

Beispiel 2 Vorgehensweise wie in Beispiel 1, Angaben in Gew.-%

Polyol 1	28,0
Polyol 3	54,1
Polyol 2	10,0
Wasser	5,2
Tegostab® B 8680	1,00 (Goldschmidt)
Quart. Ammoniumoctoat (75%)	0,60 (Air Products)
Dabco® (3)	0,65 (Air Products)
Diethanolamin	0,45

(3) Salz aus Ethylhexansäure und Triethylendiamin in Dipropylenglycol
Polyol 3: Molekulargewicht 5100 g/mol, OH-Zahl 32, Funktionalität 3, 80 Gew.-% PO, 20 Gew.-% EO
Isocyanat (B-Komponente) und Index wie in Beispiel 1.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Weichschaumstoffen mit einer Dichte von 15 kg/m³ bis 60 kg/m³ auf Basis von Polyurethanen durch Umsetzung von (a) 4,4'-, 2,2'- und/oder 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat mit (b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 500 g/mol bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls (c) Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmitteln mit einem Molekulargewicht von 60 g/mol bis 499 g/mol in Gegenwart von (d) Treibmitteln und gegebenenfalls (e) Katalysatoren und/oder (f) Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man als (b) gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen folgende Verbindungen (b1) und (b2) einsetzt:
5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Polyetherpolyol (b1), dessen Verhältnis von Ethylenoxid zu Propylenxid mindestens 2 : 1 beträgt sowie
80 Gew.-% bis 95 Gew.-% Polyetherpolyol (b2), dessen Verhältnis von Ethylenoxid zu Propylenxid höchstens 0,5 : 1 beträgt,
wobei sich die Gewichtsangaben zu (b1) und (b2) auf das Gesamtgewicht der Summe von (b1) und (b2) beziehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Treibmittel 3 bis 6 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht von (b), (d) sowie gegebenenfalls (c), (e) und (f).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (b1) Polyether mit einem Molekulargewicht von 1000 g/mol bis 8000 g/mol einsetzt, hergestellt durch Alkoxylierung von zwei- und/oder dreiwertigen Alkoholen mit Ethylenoxid (EO) und Propylenoxid (PO) in einem Gewichtsverhältnis von EO zu PO von 2 : 1 bis 10 : 1.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (b2) Polyether mit einem Molekulargewicht von 1000 g/mol bis 8000 g/mol einsetzt, hergestellt durch Alkoxylierung von zwei- und/oder dreiwertigen Alkoholen mit Propylenoxid (PO) und Ethylenoxid (EO) in einem Gewichtsverhältnis von EO zu PO von 0,1 : 1 bis 0,5 : 1.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichschaumstoffe eine Hysterese kleiner 20% nach ISO 3386 und einen Härteverlust nach Dauerschwingtest gemäß ISO 3385 von kleiner 15% aufweisen.

6. Weichschaumstoffe mit einer Dichte von 15 kg/m³ bis 60 kg/m³ auf Basis von Polyurethanen erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.