DE1258072B - Verfahren zum Herstellen von duennen Schaumstoffschichten - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von duennen SchaumstoffschichtenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
B29d
Deutsche Kl.: 39 a3 - 27/00
Nummer: 1258 072
Aktenzeichen: B 49166 X/39 a3
Anmeldetag: 4. Juni 1958
Auslegetag: 4. Januar 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von dünnen Schaumstoffschichten aus fließfähigen
Kunststoffmischungen auf Polyurethan- oder PoIyvinylbasis, die bei erhöhter Temperatur unter Gasbildung
verschäumen, wobei das Gemisch in dünner Schicht auf einen undurchlässigen Träger aufgebracht
und durch eine undurchlässige Deckschicht abgedeckt wird.
Es ist bekannt, schaumfähige Kunststoffschichten auf Polyurethan- oder Polyvinylchloridbasis zwischen
endlosen hochglanzpolierten oder mit Trennmitteln behandelten Bahnen, wie metallischen Förderbändern
oder mit Silikon behandelten Papierbahnen, aufschäumen zu lassen. Ferner wurde auch schon erkannt,
daß durch die undurchlässige Deckschicht das Entweichen von Gasen verhindert wird, so daß ein Zerfall
der Zellen nicht eintreten kann. Das Aufschäumen bzw. Treiben der Masse wird durch Wärmeeinwirkung
veranlaßt. Bei diesen bekannten Verfahren wurde jedoch außer acht gelassen, daß die bei Raum- oder
höherer Temperatur hergestellte, gegebenenfalls auch noch eine Zeitlang gelagerte und dann erst auf dünne
Schichten verarbeitete schaumbildende Ausgangsmischung während dieser Zeit bereits einer mehr oder
weniger starken Schaumbildungsreaktion unterliegt, so daß schon während des Aus- oder Auf Streichens
der Masse in unregelmäßiger Weise Blasen- bzw. Schaumbildung auftritt, wodurch ganze Abschnitte
schon vor der eigentlichen Verschäumung durch Wärmeeinwirkung in Schaumnester verwandelt werden.
Es entstehen dann uneinheitliche Schaumstoffbahnen, die für den praktischen Gebrauch ungeeignet sind.
Dieser Nachteil kann auch nicht durch die Beigabe von reaktionsverzögernden Katalysatoren befriedigend
überwunden werden, da durch das Zirkulieren von Teilen der Reaktionsmischung vor
deren Aus- bzw. Aufstreichen genügend Zeit zum Schäumen verbleibt, wenn auch diese Hemmkatalysatoren
während einer beschränkten Zeitspanne wirksam sind.
Nach der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, daß das Kunststoffgemisch zuerst auf eine
zum Verschäumen unzureichende Temperatur gekühlt und dann mit dieser Temperatur auf die Trägerfolie
aufgebracht und nach dem Abdecken mit der Deckfolie bis mindestens auf die Verschäumungstemperatur
erwärmt wird. Je nach der Zusammensetzung der Reaktionsmischung kann diese auf Temperaturen
zwischen etwa 0 und 100C abgekühlt werden. Es ist
selbstverständlich, daß die Kühltemperatur nicht so tief liegen darf, daß die Reaktionsmischung nicht mehr
fließfähig ist. Eine zur Durchführung des Verfahrens Verfahren zum Herstellen von dünnen
Schaumstoffschichten
Schaumstoffschichten
Anmelder:
Specialty Converters, Inc.,
East Braintree, Mass. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. W. Höger
und Dipl.-Ing. W. Stellrecht M. Sc,
Patentanwälte, 7000 Stuttgart, Uhlandstr. 16
Als Erfinder benannt:
Cyril Ward Roop, Reading, Mass.;
Stephen Eugene Urban,
Melrose, Mass. (V. St. A.)
Cyril Ward Roop, Reading, Mass.;
Stephen Eugene Urban,
Melrose, Mass. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. Juni 1957 (663 786)
nach der Erfindung besonders geeignete Vorrichtung ist Gegenstand der Zeichnung, die in
F i g. 1 eine diagrammatische Schnittansicht einer für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Vorrichtung,
F i g. 2 eine Ansicht einer dünnen Schaumstoffschicht
und
F i g. 3 eine Vorderansicht der Schaumstoffschicht mit keilförmig verlaufenden Rändern zeigt.
Die Schaumbildungsmasse wird in einem mit Kühlschlangen 32 versehenen Behälter 10 bei tiefer
Temperatur aufbewahrt. Das verstellbare Ausstreichmesser 12 wird gleichfalls auf diese Temperatur gekühlt.
Die Masse wird dann von einem sich bei 14 ansammelnden Vorrat durch die Öffnung 30 auf die
Gießunterlage 22 zu einer relativ dünnen Schicht 16, im allgemeinen nicht über 5 cm, wenn eine gleichmäßige
Schaumstoffbahn gebildet werden soll, ausgestrichen. Bevorzugte Schichtdicken sind solche von
0,8 bis 25,4 mm. Dann wird die Schicht 16 mit der Deckfolie 18 belegt. Es ist auch möglich, mit der
Deckfolie die Schicht 16 zu umschließen. Das Schaumverhältnis, d. h. das Verhältnis der Dicke der aufgetragenen
Schaumbildungsschicht 16 zur Dicke der erzeugten Schaumstoffschicht ist für verschiedene
Mischungen verschieden. Die Dicke der aufzutragen-
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3 4
den schaumbildenden Schicht kann durch Multi- NCO-Gruppen für die darauf erfolgende Gasentplikation
der Schaumstoffsehichtdicke mit dem Schaum- wicklung und Querverbindungsreaktion enthalten. Im
verhältnis ermittelt werden. Die z. B. aus Polyäthylen allgemeinen sollte die Misehuög 1 bis 2 NCO-Gruppen
bestehende Deckfolie wird mittels der in einem pro jede wirksame Wasserstoffgruppe enthalten, wobei
Ständer 34 gelagerten Rolle 36 um eine Rolle 38 auf 5 ein Verhältnisbereich von 2:1 bis 10:1 vorgezogen
die Schicht 16 aufgelegt Die Gießunterlage 22 mit wird. Die teilweisen Reaktionsprodukte werden mit
der bedeckten Schicht 16 wandert dann auf dem Wasser und Katalysatoren vermischt, z. B. tertiären
Tisch 28 weiter, wobei bereits durch die höhere Aminen oder anderen alkalischen Materialien, damit
Raumtemperatur der Schäumüngsvorgang eingeleitet eine Flüssigkeit mit einer das Ausstreichen gestattenden
und bei einigen Mischungen bereits bis zum Abbinden io gleichmäßigen Viskosität erhalten wird, die bei
und Verfestigen geführt wird. Wenn höhere Wärme- Zimmer- oder höherer Temperatur aufschäumt und die
grade erforderlich sind, wird entsprechende Wärme durch Kühlung zu einem nicht schäumenden, jedoch
zugeführt. ausstreichbaren Zustand gebracht werden kann. An-
Der Declcfihn 18 und/oder die Gießunterlage 22 dere verwendbare Mischungen sind Mischungen einer
können dann, falls erforderlich, von einer oberen 15 Gas entwickelnden Substanz mit einer abbindenden
Rolle 42 und einer unteren Rolle 44 abgezogen und flüssigen Kunststoffmasse, z. B. ein Plastisol, d. h. eine
auf Rollen 46 und 48 aufgewickelt werden. Dispersion von Kunststoffteilen in einem flüssigen
Die Schaumschicht 40 hat fast unwahrnehmbare, Weichmacher, in dem die Kunststoffteile nur bei
im wesentlichen fortlaufende Häute 20 auf den höheren Temperaturen unter Bildung eines festen,
Oberflächen und weist eine außerordentlich gleich- ao plastifizierten Kunststoffkörpers gelöst werden,
mäßige Zellenstruktur auf, die sich über die ganze Wenn das Schäumen bei Raumtemperatur oder bei
Masse der Schaumschicht bis zu den dünnen, keilförmig einer etwas höheren Temperatur erfolgt, ist ein von
verlaufenden Rändern erstreckt. Diese keilförmigen 0,0254 bis 0,254 mm dicker Deckfilm aus Polyäthylen
Ränder 50 (F i g. 3) können erhalten werden, wenn besonders geeignet, da ein derartiger Deckfilm leicht
Teile der Deckfolie entsprechend belastet werden, 25 und sehr biegsam ist; Wenn höhere Temperaturen für
z. B. mittels eines Stanzeisens mit stumpfen Kanten. die Gasentwicklung und das Abbinden des Schaum-
Die Reaktionsmischung kann auch in Streifen Stoffs nötig sind, ist es vorteilhaft, leichte, undurchanstatt
in Schichtform einer Strangpresse für Streifen lässige Deckfilme mit größerer Wärmestandfestigkeit
auf die Gießunterlage oder unter Verwendung einer zu verwenden, z. B. Deckfilme aus Polytetrafluor-Schablone
oder einer Druckvorrichtung aufgetragen 30 äthylen oder Polychlorotrifluoräthylen. Außerdem
werden. Es ist sogar möglich, die Reaktionsmischung können leichtes Papier, Pergamin und andere Folien,
durch einen Pinsel aufzustreichen, bevor der Deckfilm die mit einer Substanz wie Silikon* Polyäthylen öder
aufgelegt wird. Ferner kann ein geformter Deckfilm Wachs behandelt werden, damit der Schaum leicht
oder eine geformte Gießunterlage durch Falten, von solchen Folien gelöst werden kann, verwendet
Drapieren oder Eindrücken der betreffenden Schicht 35 werden.
verwendet werden, damit eine Schaumstoffschicht Pergaminfolie oder ein weitgehend kalandriertes
erwünschter Form erhalten wird. Außerdem ist es Papier ist als Gießunterlage geeignet, wobei diese
möglich, die Schaumstoffschicht zu formen, bevor der Unterlagen mit einer adhäsionshemmenden Schutz-Schaum
abbindet, jedoch nachdem die Gasentwicklung schicht aus z. B. Silikon versehen werden. Jedoch
und das anfängliche Härten des Schaumes eingesetzt 40 können übliche Gießunterlagen, an denen der Schaumhaben,
und ein aus Gießunterlage, Schaumstoffschicht stoff nicht haftet, Verwendung finden,
und Deckfilm bestehendes Flächengebilde kann zu Es ist ebenfalls möglich, solche Materialien als
diesem Zeitpunkt gepreßt oder im Vakuum in er- Gießunterlage oder Deckfilm zu benutzen, die nicht
wünschter Weise geformt werden. von der Schaumstoffschicht abgezogen werden können.
Für die Durchführung des Verfahrens sind zahl- 45 Somit entstehen dann Schaumstoffschichten mit aus der
reiche bekannte schaumbildende Kunststoffmischungen Gießunterlage und/oder dem Deckfilm gebildeten
geeignet. Hierbei können die Zusammensetzungen der Oberflächen. Die folgenden Materialien haften fest
Kunststoffmischungen so gewählt werden, daß sich an Schaumstoffschichten aus Polyurethanen: regenebiegsame,
halbstarre und starre Schaumschichten rierte Zellulose, Zellulosenitrat, Zelluloseazetat, Zelluergeben,
und zwar werden Mischungen, die Reaktions- 5° loseazetatbutyrat, Äthylzellulose, Vinylchlorid-Vinylprodukte
eines Diisocyanats oder Polyisocyanats mit azetatmischpolymere, Polyvinylbutyral, Polystyrol,
einem Material enthalten, das mehr als ein wirksames modifizierte Styrolpolymere, Kautschukhydrochlorid,
Wasserstoffatom enthält, vorgezogen. Geeignete Iso- Polyamine(Nylön), Polyester (Polyäthylenterephthalat)
cyanatmaterialien sind: Toluoldiisoeyanat, Metaphe- und Vinylchloridvinylidenchloridmischpolymere. Aunylendiisoeyanat,
Metatoluylendiisocyanat, 3,3-Bito- 55 ßerdem können Metallfolien oder Blechmaterial, Holz,
luylen-4,4-diisocyanat, Paraphenylendiisocyanat, starre oder biegsame plastische Massen oder andere
l-chloro^^-phenylendiisöcyanat, 3,3-Dimethyl-4,4-di- undurchlässige Substanzen als Gießunterlage dienen.
phenyldiisocyanat.Die für die Herstellung des Reaktionsproduktes verwendbaren Materialien sind bereits Beispiel 1
bekannt, z. B. Polyester, Polyesteramine, Polyalkylen- 60
glykole, Polyoxyalkylenglykole und Substanzen wie Zu 95 g einer in einen Reaktionsbehälter einge-
Rizinusöl und seine Derivate, die reaktionsfähige, füllten Mischung aus 2,4- und 2,6-Isomeren von
vorzugsweise endständige Hydroxylgruppen oder Carb- Toluoldiisoeyanat in einem Verhältnis von 80: 20
oxylgruppen haben. Hierbei werden die Diisocyanate werden 450 g Polypropylenglykol mit einem durch-
oder die Polyisocyanate in. solchen Mengen verwendet, 65 schnittlichen Molekulargewicht von 2000 gegeben,
daß NGO-Gruppen im Überschuß für die Reaktion Diese Substanzen reagieren miteinander, wobei Wärme
mit allen wirksamen Wasserstoffatomen vorhanden frei wird. Das Mischen wird während dieser exosind
und daß die teilweisen Reaktionsprodukte thermen Reaktion fortgesetzt, bis eine Höchsttempera-
tür erreicht wird, die sich dann bis auf 5°C erniedrigt.
Dann wird die Mischung unter Umrühren bis zu 14O0C erhitzt, auf 5O0C abgekühlt und einer Analyse
zwecks Feststellens des Gehaltes an NCO-Gruppen unterzogen. Damit der Gehalt an NCO-Gruppen auf
etwa 10% gebracht wird, werden 82 g Toluoldiisocyanat unter Umrühren zugegeben. Zu der sich
ergebenden Mischung werden 3 g eines flüssigen Silikonöls, das eine Viskosität von 50 cSt bei 25° hat,
hinzugefügt und eingemischt. Dieses Gemenge wiegt daraufhin etwa 627 g. 13,4 g kaltes destilliertes Wasser
werden mit 9,4 g eines N-Methylmorpholins und 0,65 g Triäthylamin gemischt. Diese Mischung und
das obenerwähnte, freie NCO-Gruppen enthaltende Gemenge werden auf 00C abgekühlt und dann schnell
miteinander vermischt. Diese gekühlte Mischung wird einem gekühlten Ausstreichmesser zugeführt, das die
Mischung auf einer Gießunterlage aus mit Silikon behandeltem Pergaminpapier, die mit einer Geschwin-ΐ
digkeit von etwa 7,62 cm/Sek. vorwärts bewegt wird, .·, ausstreicht. Hierbei wird das Ausstreichmesser so
eingestellt, daß sich eine 0,635 mm dicke Schicht ergibt. ρ An einer sich unmittelbar hinter dem Ausstreich-
Y messer befindenden Stelle wird eine 0,05 mm dicke
ζ Folie aus Polyäthylen von einer Vorratsrolle so auf die
t' Oberfläche der auf dem Pergaminpapier ausgestrichenen Mischung gelegt, daß die Oberfläche der Polyäthylenharzfolie
benetzt wird. Da die Mischung Wärme von der umgebenden Luft aufnimmt, beginnt die Gasentwicklung bereits nach etwa 21Z2 Minuten,
und es erfolgt ein Aufschäumen der Mischung zu einer Dicke von 1,35 cm. Daraufhin werden die
Polyäthylenfolie und das Pergaminpapier von der Schaumstoffschicht abgezogen, die 2 Stunden lang
bei einer Temperatur von 11O0C erhärtet wird.
Man erhält somit eine starke, leicht gefärbte, elastische Schaumstoffschicht, die selbst bei niedrigen
Temperaturen noch ziemlich biegsam ist. Der Zellenaufbau der Schaumstoffschicht ist einheitlich und
besteht hauptsächlich aus miteinander verbundenen Zellen, mit Ausnahme einer sehr dünnen, beinahe
unwahrnehmbaren Haut an den beiden Oberflächen.
45
2000 g eines im Handel erhältlichen Adipinpolyesters mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
von 1800 bis 2000, einer Hydroxylzahl von 55 bis 60, einer Säurezahl von 3 (bestimmt als Milligramm
Kaliumhydroxyd pro Gramm Substanz), einem Wassergehalt von nicht mehr als 0,25 °/0 und mit im Durchschnitt
2,42 Hydroxylgruppen pro Molekül werden mit 1227 g der im Beispiel 1 beschriebenen Mischung
aus Isomeren von Toluoldiisocyanaten vermischt, indem das Polyesterharz während einer Zeitspanne
von 100 Minuten zu dem Toluoldiisocyanat in ein geschlossenes Reaktionsgefäß gegeben wird. 50 Minuten
nach der Beendigung des Vermischens erreichte die Temperatur der Reaktionsmasse ihren Höchstbetrag
von 39°C. Die exotherm verlaufende Reaktion läßt man dann noch 45 Minuten unter Umrühren vor
sich gehen, bevor die Masse 1 Stunde lang auf 1000C
erhitzt wird. Das sich ergebende teilweise Reaktionsprodukt wird dann schnell auf 3O0C abgekühlt. Der
Gehalt von freien NCO-Gruppen dieses teilweisen Reaktionsproduktes ist 15,4 Gewichtsprozent.
5,35 g kaltes Wasser werden mit 2,5 g N-Methylmorpholin,
1,25 g eines Emulgators und 5,30 g eines im Handel erhältlichen orangefarbigen, in Polyesterharz
dispergierten Färbemittels vermischt, und zu dieser Mischung werden 247 g des obenerwähnten
Polyesterharzes gegeben. Die sich ergebende Mischung sowie 250 g des teilweisen Reaktionsproduktes werden
auf 100C abgekühlt, 2 Minuten lang kräftig miteinander vermischt und einem gekühlten Ausstreichmesser
zugeführt, das für das Ausstreichen einer 0,8 mm dicken Schicht eingestellt wird. Eine mit
Silikon behandelte Gießunterlage wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 7,62 cm/Sek. unter dem
Ausstreichmesser hinwegbewegt. Sobald die Reaktionsmischung auf der Gießunterlage ausgestrichen ist,
wird eine 0,05 mm dicke Polyäthylenfolie auf die Schicht der Reaktionsmischung gelegt, so daß ein
Benetzen der Folie stattfindet. Die sich ergebende Schaumstoffschicht gleichförmiger Zellenstruktur wird
über Nacht stehengelassen. Dann wird die Polyäthylenfolie von der Schaumstoffschicht abgestreift,
die 21I2. Stunden lang bei einer Temperatur von 93,3°C
erhärtet wird. Die Zellen der so erhaltenen Schaumstoffschicht waren hauptsächlich miteinander verbunden.
Außerdem war eine äußerst dünne, beinahe unwahrnehmbare Haut auf der Oberfläche der
Schaumstoffschicht vorhanden, von der die Polyäthylenfolie abgestreift worden war. Die erhärtete
Schaumstoffschicht wird daraufhin von der Gießunterlage abgezogen und ist stark elastisch und selbst
bei niedrigen Temperaturen noch ziemlich biegsam. Auch auf der Oberfläche der Schaumstoffschicht, die
auf der Gießunterlage lag, hatte sich eine äußerst dünne, beinahe unwahrnehmbare Haut gebildet.
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen von dünnen Schaumstoffschichten aus fließfähigen Kunststoffmischungen
auf Polyurethan- oder Polyvinylchloridbasis, die bei erhöhter Temperatur unter Gasbildung verschäumen, wobei das Gemisch in
dünner Schicht auf einen undurchlässigen Träger aufgebracht und durch eine undurchlässige Deckschicht
abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zuerst auf eine zum Verschäumen unzureichende Temperatur gekühlt
und dann mit dieser Temperatur auf die Trägerfolie aufgebracht und nach dem Abdecken
mit der Deckfolie bis mindestens auf die Verschäumtemperatur erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch vor der Weiterverarbeitung
auf eine Temperatur zwischen etwa 0 und 100C gekühlt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 842 267, 859 122;
USA.-Patentschrift Nr. 2 841205.
Deutsche Patentschriften Nr. 842 267, 859 122;
USA.-Patentschrift Nr. 2 841205.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Applications Claiming Priority (1)
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US663786A US2956310A (en) | 1957-06-05 | 1957-06-05 | Casting of thin cellular resin sheets |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1258072B true DE1258072B (de) | 1968-01-04 |
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