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Verfahren zur Herstellung von Polyätherurethanschaumstoffen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Belastungs-Ablenkungs-Kurve
und der Elastizität von Polyätherurethanschaumstoffen mit verhältnismäßig niedriger
Dichte, z. B. mit einer solchen im Bereich von 16 bis 96 kg/m3.
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Es ist bekannt, Polyätherurethanschaumstoffen Füllkörper, wie Ruß,
Ton, Siliciumdioxyd, Talkum, Zink-oder Magnesiumoxyd, Calcium- oder Magnesiumcarbonat
oder Titandioxyd, beizugeben. Diese bekannten Schaumstoffe wiesen jedoch eine zu
hohe Dichte auf und waren hart und spröde. Diese Eigenschaften machten sie für die
Verwendung als Polstermaterial ungeeignet, da zwar die Belastungsfähigkeit bei großer
Ablenkung erhöht wurde, aber die Füllkörper auch die Belastungsfähigkeit bei kleiner
Ablenkung stark erhöhen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyätherurethanschaumstoffen
auf Grundlage von Polyalkylenglykoläthern mit einem Molekulargewicht von mindestens
750 und einem organischen Polyisocyanat in einem Äquivalentgewichtsverhältnis zu
Polyalkylenglykoläther von 1,1:1 bis 12: 1 und anschließendes Umsetzen des isocyanatgruppenhaltigen
Vorpolymerisates mit Wasser und/ oder anderen Treibmitteln, Katalysatoren und Füllstoffen,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß als Füllstoff 5 bis 60 Gewichtsteile faserige
Holzeellulose mit einer Dicke im allgemeinen von 1 bis 100 Mikron und einem Mehrfachen
ihrer Dicke an Länge auf 100 Gewichtsteile Polyalkylenglykoläther und Diisocyanat
- vor der Zugabe von Katalysator und Wasser zugemischt - verwendet werden.
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Die erfindungsgemäß erhaltenen Polyätherurethanschaumstoffe zeigen
nach der Verschäumung eine geringe Ablenkung je Belastungseinheit, so daß sie einer
größeren Belastung unterworfen werden können.
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Es ist zwar auch schon Holzcellulose als Füllstoff für Polyurethanschaumstoff
verwendet worden, jedoch wurde sie hierbei in Pulverform, wie die sonst üblichen
Füllstoffe, oder für Polyesterurethane auch in Flockenform mit einer Faserlänge
von nicht mehr als 2,5 mm beigemischt. Diese flockige Holzcellulose mit relativ
langen Fasern soll in dem Folienmaterial des elastomeren Kautschukstoffes eine gewisse
Festigkeit hervorrufen. Die zugesetzte Holzcellulose hat daher sowohl für die bekannten
Polyurethanschaumstoffe auf Polyestergrundlage als auch für die Polyesterkautschukstoffe
eine andere Funktion als die Holzcellulose nach dem Verfahren der Erfindung, denn
es soll ein Schaumstoff mit verhältnismäßig niedriger Dichte aus Polyalkylenglykoläthern
und Polyisocyanaten hergestellt werden, dessen Eigenschaften gegeneinander aus-
gewogen
sind, nämlich gute Widerstandsfähigkeit gegen Alterung infolge Feuchtigkeitseinwirkung
und auch eine gute Belastungsfähigkeit, Festigkeit und Elastizität.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren den Polyurethanschaumstoff
bildenden Ausgangsmaterialien sind ein Polyalkylenglykoläther, der im allgemeinen
ein Molekulargewicht von mindestens 750 und endständige Hydroxylgruppen aufweist,
und ein Polyisocyanat mit zwei bis drei funktionellen Isocyanatgruppen. Die Polyurethanschaumstoffe
werden durch Umsetzung der vorstehend genannten Polyäther und Polyisocyanate und
Verschäumen des resultierenden Reaktionsproduktes mit einem Treibmittel gebildet.
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Das Treibmittel ist entweder durch Umsetzung von überschüssigem ,Diisocyanat
mit Wasser erzeugtes Kohlendioxyd oder ein durch Verflüchtigung eines
leicht
verflüssigbaren Gases, z. B. eines Halogenalkans, gebildetes Gas oder auch ein Gas,
das bei der Zersetzung von z. B. Ammoniumcarbonat entsteht. Im allgemeinen wurden
bisher Polyäther-diisocyanatschaumstoffe durch die Umsetzung eines schwachverzweigten
Polyalkylenglykoläthers mit einem Diisocyanat und einer kleinen Menge Wasser hergestellt
oder durch Umsetzung eines linearen Polyäthers mit einer Mischung von Di- und Trüsocyanaten
und Wasser. Ein Überschuß an Diisocyanat über die zur Reaktion mit dem Polyäther
zur Bildung des Polyurethans nötige Menge diente zur Umsetzung mit dem Wasser und
zur Herstellung des Kohlendioxyds, um die Zellen in dem festen Produkt zu bilden.
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Ein vorzuziehendes Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen
besteht darin, daß zuerst ein Polyalkylenglykoläther und ein Diisocyanat so umgesetzt
werden, daß sich ein fließfähiges oder zähes, trockenes, teilweise umgesetztes Vorpolymerisat
bildet und daß dann eine Aktivatormischung, die gewöhnlich Wasser und einen geeigneten
Reaktionskatalysator enthält, zu dem trockenen Vorpolymerisat unter Bildung des
erwünschten schwammartigen Polyurethans zugegeben wird. Zusätzlich kann in der Aktivatormischung
auch ein Vernetzungsmittel enthalten sein.
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Um nun Polyätherurethanschaumstoffe mit den vorgenannten Eigenschaften
zu erhalten, ist es erfindungsgemäß erforderlich, daß faserige Holzcellulose mit
einer durchschnittlichen Dicke von 1 bis 100 Mikron und dem 2- bis 8fachen ihrer
Dicke an Länge, vor Zugabe der aus Wasser und Katalysator bestehenden Aktivatormischung
zu dem Vorpolymerisat zugemischt, verwendet wird, und zwar in einem Verhältnis von
5 bis 60 Gewichtsteilen Holzcellulose auf 100 Gewichtsteile Vorpolymerisat.
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Zusätzlich soll die Aktivatormischung, vorzugsweise eine kleine Menge,
z. B. 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, Siliconöl, bezogen auf Polyalkylenglykoläther,
enthalten, z. B. ein flüssiges Dimethylsiloxanpolymerisat.
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Das Siliconöl wird zur Stabilisierung des Schaumes und zur Erreichung
einer guten Schaumstruktur zugegeben, was gewöhnlich zur Herstellung eines technisch
brauchbaren Schaumstoffes notwendig ist, wenn ein Polyalkylenglykoläther als Ausgangspolyhydroxylverbindung
verwendet wird.
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Wenngleich die Eigenschaften des erzeugten Schaumstoffes bei seiner
Verwendung als Polstermasse von vielen Faktoren abhängen/kann, z. B. von Belastungs-Ablenkungs-Kurven,
Federung und der verwendeten Polsterungsart, wird die Belastungsfähigkeit des erzeugten
Schaumstoffs bei hoher oder mäßig hoher Ablenkung, z. B. bei 50 bis 90 O/o Ablenkung,
bei einem Gehalt ab 5 Gewichtsteile Holzcellulose der beansprucht verwendeten Art
gesteigert. Das beste Gleichgewicht physikalischer Eigenschaften unter anderem zwischen
geringer Belastungsfähigkeit bei niedriger Ablenkung, hoher Belastungsfähigkeit
bei großer Ablenkung, Elastizität, Feuchtigkeitsalterung, Zugfestigkeit und Zerreißstärke
erhält man, wenn man 10 bis 25 Gewichtsteile Holzcellulose in den Polyätherurethanschaumstoff
einlagert.. Im allgemeinen verbessern zwar mehr als 60 Teile Holzcellulose die Belastungs-Ablenkungs-Kurve,
jedoch erhöhen sie die Dichte, den Modul und die Belastungsfähigkeit bei kleiner
Ablenkung, z. B. im Bereich von 5 bis 25% Ablenkung, so daß dann die Eigenschaften
des Schaum stoffs für die Verwendung bei handelsüblicher
Polsterung nicht mehr geeignet
sind, bei der ein weiches Anfangsgefühl notwendig ist. Zusätzlich werden die Zugfestigkeit
und Zerreißstärke zu stark mit Holzcellulose gefüllter Polyätherurethanschaumstoffe
stark herabgesetzt.
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Erfindungsgemäß ist auch wichtig, daß die Teilchengröße der Holzcellulose
relativ klein ist und durchschnittlich im allgemeinen 1 bis 100 Mikron beträgt,
vorzugsweise 35 bis 90 Mikron. Jedes Teilchen muß auch eine Länge besitzen, die
das Mehrfache seiner Dicke beträgt, wobei dieses Verhältnis im allgemeinen 2 bis
8 beträgt.
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Die verwendete Holzcellulose soll vorteilhaft zu mindestens 60°/o
durch ein 100-Maschen-Sieb (US-Siebreihe) und mindestens 40 °/0 durch ein 200-Maschen-Sieb
hindurchgehen. Holzcellulose in der Form eines farblosen frei fließenden Pulvers
ergibt oft unerwarteterweise Polyätherurethanschaumstoffe mit besserer Alterungsfähigkeit
bei Feuchtigkeitseinwirkung sowohl bei normaler als auch bei erhöhter Temperatur.
Die erfindungsgemäß verwendete Holzcellulose bewirkt auch eine Verbesserung der
Biegefestigkeit der erzeugten Schaumstoffe gegenüber diese nicht enthaltenden Polyätherurethanschaumstoffen.
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Die Biegefestigkeit der verbesserten Polyätherurethanschaumstoffe
ist mindestens so gut wie die der besten tafelförmigen Schaumstoffe aus natürlichem
Kautschuklatex, wie standardisierte Biegeversuche bei 80°/Oiger Ablenkung ergeben.
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Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung.
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Beispiel 1 Ausgangsstoffe 100 g Vorpolymerisat, 3 g TDI (2,4-Toluylendiisocyanat),
0,35 g Dimethylsiloxanpolymeres, Viskosität 100 cSt bei 38°C 1,25 g Triäthylamin,
1,50 g N-Methylmorpholin, 1,90 g Wasser, 20 g feingemahlene Holzcellulose (50 Mikron
stark und 100 bis 300 Mikron lang).
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Das Vorpolymerisat wurde durch Mischen und Umsetzen von 180 g einer
65: 35-Mischung von 2,4-und 2,6-Toluylendiisocsyant mit 600 g Poly-(äthylenpropylen)-glykoläther
vom Molekulargewicht 2000 hergestellt. Die Holzcellulose wurde in das Vorpolymerisat
eingemischt, und diese Mischung von Cellulose und Vorpolymerisat wurde zu einer
Aktivatormischung gegeben, die Siliconöl, Triäthylamin und N-Methylmorpholin enthielt.
Die Aktivatormischung und das Vorpolymerisat wurden durch Luftrührer in Gefäßen
von etwa 21 vermischt. Die Schaumbildung erfolgte durch die Freisetzung von Kohlendioxyd
aus der Reaktion von Wasser mit Isocyanatgruppen des Diisocyanats. Das erhaltene
Produkt wurde 1 Stunde bei 115 bis 120"C »vulkanisiert«, dann 16 Stunden bei Zimmertemperatur
gehalten und danach nochmals 8 Stunden bei 115 bis 120°C nachgehärtet. Dieser Schaumstoff
wurde gegenüber einer Kontrollprobe, die aus den gleichen Ausgangsstoffen hergestellt
wurde, jedoch ohne Verwendung von Holzcellulose, getestet,
die Resultate
dieser Testversuche sind in Tabelle 1 angegeben.
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Tabelle I
| Schaumstoff Kontrolle |
| mit 20 Teilen ohne Holz- |
| Holzcellulose cellulose |
| Dichte, kg/cm3 ........... 42,4 37,6 |
| Zugfestigkeit, kg/cm² ....... 0,9 1,27 |
| Dehnung, % .............. 240 320 |
| Zerreißstärke, kg/m 35,7 62,5 |
| Elastizität nach Schopper 47 50 |
| Verdichtung |
| bei 500/0 Ablenkung, °/0 . . 14,3 8,5 |
| bei 90010 Ablenkung, °/0 .. 12,7 10,9 |
| Eindrückbelastung |
| bei 250/o Ablenkung, |
| kg/322 cm2 ........... 9,5 7,9 |
| bei 50°/0 Ablenkung, |
| kg/322 cm2 ........... 18,1 12,2 |
| bei 750/0 Ablenkung, |
| kg/322 cm² ............ | 61,0 | 28,6 |
| Biegeverlust, 80 0/, Biegung, |
| 250000 Biegungen |
| 10% Biegeverlust ...... 30,7 40,5 |
| 25% Biegeverlust ...... 17,1 30,9 |
| 50% Biegeverlust ...... 8,6 26,2 |
| 75% Biegeverlust ...... 0,0 0,0 |
| Veränderung bei Feuchtig- |
| keitsalterung (0/0 Änderung |
| der Belastungsablenkung) |
| 3 Stunden Steroclave.... +12,6 -13,4 |
| 6 Stunden Steroclave.... - 3,0 -22,5 |
| 9 Stunden Steroclave.... - 4,0 30,0 |
| Veränderung bei |
| Feuchtigkeitsalterung |
| 7 Tage bei 90°C und |
| 100% Feuchtigkeit - |
| Bechergläsverfahren .... -21,9 -43,2 |
| 7 Tage bei 80°C und |
| 100 °/0 Feuchtigkeit - |
| Feuchtigkeitsofen - 11,4 -26,7 |
Steroclave ist eine amerikanische Standardtestmethode für elastische Urethanschaumstoffe
der tAmerican Society for Testing Materials. und der »Society of the Plastics Industrien
und besitzt die Bezeichnung D-1564-59T ASTM.
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Dieser Steroclavtest wird in einem Druckbehälter durchgeführt, in
dem eine Atmosphäre von 1O001o
Feuchtigkeit und ein Druck herrscht, der größer ist
als der atmosphärische. Die Temperatur innerhalb des Steroclave beträgt im allgemeinen
ungefähr 104 bis 1100 C. Die Schaumstoffproben werden im allgemeinen 3 Stunden in
dem Druckbehälter belassen.
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Aus der Tabelle 1 ergibt sich folgendes: 7,9 kg Druck sind erforderlich,
um 322 cm2 des holzcellulosefreien Kontrollschaumstoffs um 25 0/o einzudrücken.
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Vergleichsweise waren 9,5 kg Druck nötig, um den Polyätherurethanschaumstoff,
der mit 20 Gewichtsteilen Holzcellulose hergestellt war, um 250/o einzudrücken.
Bei größerer Ablenkung, nämlich bei 50 und 75 0/o Ablenkung, zeigte sich eine ausgesprochene
Versteifungswirkung der Holzcellulose im Schaumstoff. Bei 75 0/o Ablenkung waren
61 kg nötig, um 322 cm² des holzcellulosehaltigen Polyätherurethanschaumstoffs einzudrücken,
während es bei dem holzcellulosefreienPolyätherurethanschaumstoffnur28,6 kg waren.
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Der mit Holzcellulose nach der Erfindung hergestellte Polyurethanschaumstoff
fühlte sich, wenn er als Polstermaterial verwendet wurde, am Anfang weich an, ließ
sich aber bei großer Belastung nicht vollständig zusammendrücken.
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Aus der Tabelle 1 geht weiter hervor, daß die Alterungsfestigkeit
in feuchter Atmosphäre des nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Polyurethanschaumstoffs
bedeutend besser ist als die des Kontrollschaumstoffs.
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Bei Verwendung des Becherglasverfahrens zur Testung der Alterungseigenschaften
unter dem Einfluß von Feuchtigkeit wird die Schaumstoffprobe auf einem Drahttisch
oder einer Plattform über der Wasseroberfläche eines 1000-cm3- oder 2000-cm8-Becherglases
gehalten. Oben ist das Becherglas im allgemeinen mittels eines angeklebten Polyäthylenfilms
abgeschlossen, um eine Luftzirkulation über der Probe zu vermeiden Ein solcher Versuch
dauert 7 Tage und länger.
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Bei dem Feuchtigkeitstestverfahren im Druckbehälter wird in diesem
eine Atmosphäre von 100% relativer Luftfeuchtigkeit bei einer Temperatur von im
allgemeinen 80°C aufrechterhalten. Zum Unterschied von dem Verfahren im geschlossenen
Becherglas findet in dem Feuchtigkeits-Druckbehälter eine Luftzirkulation an den
Schaumstoffproben statt.
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Aus Tabelle 1 ist weiter zu entnehmen, daß die Biegefestigkeit des
Polyätherurethanschaumstoffs mit Holzcellulose ausgezeichnet ist. Der von der Probe
des Holzcellulose enthaltenden Polyurethanschaumstoffs gezeigte Verlust an Belastung
ist klein; er beträgt ungefähr die Hälfte des Verlustes der Probe des Kontrollschaumstoffs.
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Beispiel 2 Es wurden eine Schaumstoffkontrollprobe und eine Schaumstoffprobe
aus Polyalkylenglykolätherurethan mit 20 Gewichtsteilen Holzcellulose nach Beispiel
1 hergestellt. Außerdem wurde eine weitere Schaumstoffprobe aus Polyätherurethan
nach Beispiel 1 hergestellt, die jedoch 15 Gewichtsteile Holzcellulose auf 100 Gewichtsteile
Vorpolymerisat enthielt. Die drei Schaumstoffproben wurden wie im Beispiel 1 »vulkanisiert«
und mit einem Kautschuklatexschaumstoff von hoher Dichte, ungefähr 98 kg/m3, und
einem mit Kern ausgerüsteten Latexschaumstoff getestet. Die dabei erzielten Resultate
sind aus Tabelle II zu entnehmen.
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Tabelle II
| Zahl Zahl der Verdichtung flelastungsverlust |
| Schaumstoff beim Biegen |
| Biegungen |
| % 10% 25% 75% |
| Kontrollschaumstoff (Polyätherurethan) . 250 000 80 40,5 30,9
0 |
| Latex mit hoher Dichte ..... .................. 250 000 80
17,0 24,2 12,5 |
| Mit Kern versehener Latex ......... ........ 250 000 80 19,3
30,9 15,7 |
| 20 Teile Holzcellulose ..... . 250 000 80 30,7 17,1 0 |
| 15 Teile Holzcellulose ............. . ....... 250 000 80 28,9
19,5 0 |
Die in Tabelle II angeführten Daten zeigen, daß die Biegefestigkeit der Schaumstoffe
mit Holzcellulose gegenüber Standardschaumstoffen aus Polyätherurethan stark verbessert
ist, und weiterhin, daß die Biegefestigkeit mindestens genauso gut ist wie die bester
tafelförmiger Schaumstoffe, sogar solcher, die aus natürlichem Kautschuklatex hergestellt
sind.
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Zur Erhärtung dieser überraschenden Tatsache wurden noch weitere
Vergleichsproben untersucht. Das Ergebnis ist in der Tabelle III enthalten und außerdem
in dem Kurvenblatt veranschaulicht. Die Herstellung der Proben erfolgte einheitlich
nach folgendem Verfahren.
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Es wurde zunächst ein Vorpolymerisat durch Umsetzung von 100 Gewichtsteilen
Polypropylenätherglykol 2000 mit 43 Gewichtsteilen eines 80: 20-Gemisches von 2,4-
und 2,6-Toluylendiisocyanat hergestellt. Das erhaltene Vorpolymerisat enthielt etwa
9,5°/0
NCO und besaß eine Viskosität bei 25°C von 1820 cP. 100 Gewichtsteile Vorpolymerisat
wurden mit etwa 1 Gewichtsteil: flüssigem Polydimethylsiloxan und 5 Gewichtsteilen
feinverteiltem Füllstoff vermischt. Nach der Zugabe von Polysiloxan und Füllstoff
wurde eine Aktivatormischung zu dem Vorpolymerisat zugegeben, die 1,25 Teile Triäthylamin,
1,50 Teile N-Methylmorpholin und 1;90 Teile Wasser enthielt, wobei sämtliche Teile
Gewichtsteile darstellen,. und anschließend wurde rasch vermischt. Die Masse wurde
zum Verschäumen bei Raumtemperatur stehengelassen und bei 100°C in 8 Stunden gehärtet.
5 Teile-Füllstoff wurden deshalb verwendet, weil bei dieser Konzentration die Wirkung
des Füllstoffes in dem Schaumstoff besser bestimmt werden konnte bzw. die Empfindlichkeit
des den Füllstoff enthaltenden Schaumstoffes leichter ermittelt werden konnte. Die
erhaltenen gehärteten Schaumstoffe wurden auf Dichte und Druckdurchbiegung untersucht.
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Tabelle III Polyätherurethanschaumstoffe
| Druckbelastung (g/cm²) bei den angegebenen Durchbiegungen (g/cm²),
welche |
| Schaumstoff- für die angegebenen Werte pro % Durchbiegung erforderlich
sind |
| 5% 10% 25% 50% 65% 75% |
| g/cm² g/cm² g/cm² g/cm² g/cm² g/cm² |
| Kein 0,0406 2,54 9,8 7,0 14,0 10,0 19,6 14,0 34,3 24,5 56,0
40,0 95,2 -68,0 |
| Holzcellulose* .. 0,0426 2,66 13,3 9,5 20,3 14,5 27,3 19,5
56,6 39,0 94,5 67,5 175,0 125,0 |
| Talkum* 0,0446 2,79 31,5 22,5 35,0 25,0 39,9 28,5 60,2 43,0
98,7 70,5 154,0 110,0 |
| Calcium- |
| carbonat* 0,0424 2,65 25,2 18,0 36,4 26,0 42,7 30,5 65,8 47,0
85,4 - 61,0 140,0 100,0 |
| Nylon- |
| flocken** . .. - 0,0439 2,74 42,0 30,0 49,0 35,0 55,7 45,5
98,0 70,0 165,2 118,0 - - |
| Ton* ......... 0,0451 2,82 35,7 25,5 40,6 29,0 49,7 35,5 71,4
51,0 94,5 67,5 137,2 98,0 |
* Teilchengröße etwa 50 Mikron oder weniger bzw. für Holzcellulose 50 Mikron stark
und 100 bis 150 Mikron lang.
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** Geschnittene Fasern, etwa 0,159 cm und einer Dicke von 1 den.
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Die Druckbelastungen der verschiedenen Schaumstoffe sind in dem Kurvenblatt
als Ordinatenwerte und die prozentuale Durchbiegung (% Durchbiegung) als Abszissenwerte
aufgetragen.
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Ein weiterer Vergleich wurde gegenüber Polyesterurethanschaumstoffen
mit und ohne 5 Gewichtsteile feinverteilter Holzcellulose durchgeführt. Das verwendete
Polyesterurethan war ein Reaktionsprodukt von 82 Teilen Polyester (Molekulargewicht
2000; OH-Zahl 60; Viskosität 12900 cP bei 28°C; Säurezahl 1) aus praktisch gleich
viel Mol Adipinsäure und Diäthylenglykol mit etwa 3 bis 5°/0 des gesamten Glykolgehaltes
an Trimethylolpropan, mit 24,5 cm³ eines 65: 35-Gemisches von 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat,
1,6 Teilen H2O, 1 Teil Nonylphenoxy-
polyoxyäthylenäthanol (nichtionischer Emulgator),
0,1 Teil Natriumdioctylsulfobernsteinsäureester (anionischer Emulgator) und etwa
1,0 Teil tertiärem Aminkatalysator, wobei sämtliche Teile Gewichtsteile sind. Die
Teile Polyester und Diisocyanat in dem Polyesterurethan waren etwa die gleichen
wie die Teile Polyglykoläther und Diisocyanat in dem Polyätherurethan. Die Emulgiermittel
mußten an Stelle von Siliconöl verwendet werden, um ein gutes Schäumen zu ergeben,
da Siliconöl in großen Mengen eine Entschäumung der Polyesterurethane verursacht.
Das Verhältnis der Toluylendiisocyanate war von dem beim Polyäther angewandten Verhältnis
verschieden, um die beste Schaumbildung zu erzielen. Die Stoffe wurden alle praktisch
gleichzeitig vermischt, da die
Viskosität des Polyesters zu groß
war, um eine leichte Handhabung der Stoffe in einem Verfahren unter Verwendung eines
Vorpolymerisates zuzulassen. Die Stoffe wurden in einer Weise geschäumt und gehärtet,
die ähnlich derjenigen bei den bPolyätherurethan-
schaumstoffen war. Die Dichtewerte
der erhaltenen Schaumstoffe waren etwa 0,025. Die erhaltenen Ergel> nisse bei
Druckdurchbiegungsversuchen an diesen Schaumstoffen sind in der Tabelle IV zusammengestellt.
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Tabelle IV Polyesterurethane
| Druckbelastung (glcml) bei den angegebenen Durchbiegungen |
| Füllstoff |
| 5% 10% 25% 50% 65% 75% |
| g/cm² g/cm² g/cm² g/cm² g/cm² g/cm² |
| Kein ........... 60,2 43,0 67,9 48,5 77,7 55,5 92,4 66,0 137,2
98,0 - - |
| Holzcellulose* .. 71,1 51,5 77,0 55,0 81,2 58,0 87,5 62,5 145,6
104,0 - - |
* Etwa 50 Mikron oder weniger stark und 300 bis 400 Mikron lang.
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Die Werte der Tabelle IV sind ebenfalls in der Zeichnung wiedergegeben.
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Bei der Beurteilung der Bequemlichkeit von Kissen oder Sitzmaterial
unter Gebrauchsbedingungen wird die mit ihm erzielte Annehmlichkeit zugrunde gelegt.
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Für viele Menschen wird die Bequemlichkeit sowohl von physikalischen
als auch psychologischen Faktoren gebildet. Beispielsweise ist die Weichheit mit
der Bequemlichkeit verbunden, und deshalb muß das erste Empfinden bei einem Sitz
bei seiner Benutzung ein weiches oder daunenähnliches sein. Beim Ein sinken des
Körpergewichtes in das Kissen muß ein allmählicher und zunehmender Widerstand gegen
die Eindringung vorhanden sein, so daß der Körper praktisch in dem Kissen eingewiegt
wird.
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Im allgemeinen müssen bei neuen Polstermaterialien zahlreiche Faktoren
berücksichtigt werden, damit alle diese vorteilhaften Eigenschaften in einem einzigen
Material vorhanden sind. Die Entwicklung von geeigneten Urethanschaumstoffen machte
hievon keine Ausnahme. Um die erforderlichen Verbesserungen zu erzielen, müssen
zunächst die verschiedenen Bestandteile eines Sitzmaterials, welche es angenehm
machen, bestimmt werden. Diese Kennzeichen können dann in Ausdrücken bekannter physikalischer
Eigenschaften analysiert und ihre Beziehung zur Schaumstoffmasse untersucht werden.
Auf dem Schaumstoffgebiet besteht ein physikalischer Standardtest, von dem gefunden
wurde, daß er in Beziehung zu den Kennzeichen von Sitzmaterialien bei ihrem Gebrauch
steht, nämlich in der Druckdurchbiegung des Schaumstoffs.
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Der gebräuchliche, nicht mit Füllstoff versehene Polyesterurethanschaumstoff
besitzt einen anfänglichen hohen Modul, welcher praktisch in einen harten rauhen
Griff übergeht. Es liegt ein »Ebenen «-Bereich vor, wobei nur wenig zusätzliches
Gewicht den Schaumstoff von 10 bis über 45% seiner Höhe durchbiegt (Kurve der Zeichnung).
Dies führt zur Empfindung eines Einsinkens in das Kissen. Das letzte Drittel dieser
Belastungskurve zeigt einen rapiden Anstieg in der-erforderlichen Belastung, um
den Polyesterschaumstoff um die letzten 20°/o durchzubiegen. Selbst bei Zusatz von
5 Teilen Holzcellulose zu dem Schaumstoffwird diese »Ebene« nicht verringert, sondern
wird sogar noch ausgedehnter, wie die Kurve für den Polyesterurethanschaumstoff,
der Holzcellulose enthält, zeigt.
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Die Kurven für die Polyätherurethanstoffe mit 5 Teilen Ton (.-.-.-),
mit 5 Teilen Calcium-
1 der 20 carbonat (#####) und mit 5 Teilen Talkum (.....) zeigen
ebenfalls den unerwünschten »Ebenen«-Effekt, obgleich nicht so ausgeprägt wie bei
den Polyesterurethanstoffen. Dieser »Ebenen «-Effekt ist beim Polyätherurethan,
das 5 Teile Nylonflocken enthielt (Kurve oooo), praktisch ausgeschaltet.
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Nichtsdestoweniger besitzt dieser Polyätherurethanschaumstoff mit
5 Teilen Ton, Calciumcarbonat, Talkum oder Nylonflocken einen anfänglichen hohen
Modul, welcher einen ziemlich harten Griff ergab.
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Diese Schaumstoffe erfordern, wie durch ihre Kurven gezeigt wird,
hohe Belastungen für geringe Durchbiegungen, was ihre relative Steifheit anzeigt.
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Die Kurve - --- für den Polyätherurethanschaumstoff mit 5 Teilen
Holzcellulose zeigt keinen merklichen »Ebenen<»-Effekt. Dies bedeutet, daß für
geringe Durchbiegungen nur geringe Belastungen erforderlich sind, was darauf hinweist,
daß dieser Schaumstoff relativ weich ist. Die Kurve ist im allgemeinen glatt und
kennzeichnend für ein gutes Polstermaterial. Dieser Schaumstoff erfordert nur für
starke Durchbiegungen hohe Belastungen, was in Verbindung mit geringen Belastungen
bei geringen Durchbiegungen für Polsterstoffe äußerst wünschenswert ist. Der Einfluß
dieses Schaumstoffs auf die Belastung ist bei allen Durchbiegungen gleichfalls sehr
gering, und es wird das Empfinden von fortwährendem Einsinken in das Polster ausgeschaltet,
obgleich der Schaumstoff weich ist. Die Kurve für den Polyätherurethanschaumstoff
mit Holzcellulose als Füllstoff folgt dem Kurvenanstieg für den Polyätherurethanschaumstoff
ohne Füllstoff ohne jeglichen scharfen Knickpunkt. Obgleich der mit Holzcellulose
gefüllte Schaumstoff relativ weich ist, besitzt er eine höhere Belastungstragfähigkeit
bei etwa gleicher Dichte und ohne daß man zusätzliches Polyisocyanat verwenden muß
und umgekehrt, unter Beibehaltung von praktisch den gleichen Eigenschaften, wobei
weniger des kostspieligen Polyisocyanats verwendet wird.
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Diese Angaben zeigen, daß Polyätherurethanschaumstoffe, die Holzcellulose
erfindungsgemäß verwendet enthalten, unerwartete Vorteile der Druckdurchbiegung
gegenüber den Polyätherurethanschaumstoffen, die nicht mit Füllstoff versehen sind,
ferner den Polyätherurethanschaumstoffen, die Talkum, Calciumcarbonat, Nylonfiocken
oder Ton enthalten, den nicht mit Füllstoff versetzten Polyesterurethanschaumstoffen
oder den Polyesterurethanschaumstoffen, die
Holzcellulose der üblichen
Füllstoffart enthalten, aufweisen. Aus dem Stand der Technik konnte somit ein derartiger
Effekt nicht vorhergesagt werden.