DE19601058C1 - Kostengünstige, schwer entflammbare Polyurethan-Reifenfüllmasse, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verfahren zur Herstellung einer Reifenfüllung - Google Patents
Kostengünstige, schwer entflammbare Polyurethan-Reifenfüllmasse, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verfahren zur Herstellung einer ReifenfüllungInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist eine hoch belastbare, schwer entflammbare und
kostengünstige Reifenfüllmasse auf Polyurethan-Basis und ein Verfahren zur ihrer
Herstellung, die sich von den herkömmlichen Reifenfüllmassen durch einen
extrem hohen Wassergehalt unterscheidet, welcher dem Produkt ohne weiteren
Zusatz von herkömmlichen Flammschutzmitteln eine signifikante Brandresistenz
verleiht.
Die Herstellung von Polyurethan-Reifenfüllmassen und die Füllung von Fahrzeugreifen
mit diesen ist bekannt und wird seit geraumer Zeit mit dem Ziel eines dauerhaften
Pannenschutzes für off-road-Großraumreifen praktiziert. So werden nach
DE-PS 24 48 663 und DE-PS 38 15 856 solche Reifen über eine spezielle Füllvorrichtung
mit einem aus zwei Komponenten bestehenden und kurz vor dem Eintritt
in den Reifen zu vermischenden Polyurethan-System vollständig ausgefüllt und
durch die nachfolgend ablaufende Polyurethan-Reaktion zwischen den reaktive
Wasserstoffatome tragenden Verbindungen der einen Komponente mit den
Isocyanatgruppen tragenden Verbindungen der anderen Komponente unter Erhärtung
der Masse in einen pannensicheren Status überführt.
Infolge der guten mechanischen Eigenschaften eines solchen klassischen Polyurethan-
Elastomers hält dieser Pannenschutz ohne Beeinträchtigung der Fahreigenschaften
im Vergleich zum luftgefüllten Reifen sehr lange an.
So erhält man nach DE 30 21 946 A1 (1) aus den üblichen Polyurethan-Einsatzstoffen,
wie Polyetherpolyolen, aromatischen Diisocyanaten und Kettenverlängerern,
in Gegenwart eines Katalysators, bei Verwendung von bis zu 3 Gew.-%
Wasser stabile, blasenhaltige Reifenfüllmassen, deren durch Kohlendioxid
erzeugten Hohlräumen eine Feder - sowie Schutzwirkung gegen Überhitzung
zugeschrieben wird.
Nach US 46 83 929 (2) und nach US 44 16 844 (3) werden kompakte, aber
blasenfreie Polyurethan-Reifenfüllmassen, ebenfalls aus den gängigen Polyurethan-
Einsatzstoffen, wie Polyetherpolyolen, aromatischen Diisocyanaten und Kettenverlängerern,
in Gegenwart, eines Katalysators, bei Verwendung von bis zu 0,6 Gew.-%
Wasser hergestellt, wobei das entstehende Kohlendioxid einerseits in dem
ölgefüllten Reaktionsprodukt gelöst und andererseits in anorganische Carbonate
umgewandelt wird.
Der Nachteil dieser Reifenfüllmassen besteht in den hohen Materialkosten und
in ihrer Brennbarkeit, so daß ihre Anwendung in sensiblen, brandgefährdeten
Einsatzbereichen nicht in Betracht kommt.
Eine Verbesserung der Brandresistenz mit den herkömmlichen, Chlor und/oder
Phosphor enthaltenden, Flammschutzmitteln ist möglich, verteuert die Füllmasse
aber enorm und verschlechtert zudem infolge der weichmachenden Wirkung der
Flammschutzmittel die mechanischen Eigenschaften drastisch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese dem Stand der Technik anhaftenden
Nachteile zu überwinden.
Der Weg zur Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches
beschrieben, wobei die Unteransprüche bevorzugte Ausgestaltungsmerkmale
betreffen.
Die vorliegende Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, daß
Polyurethan-Reifenfüllmassen mit hyperäquivalenten Wasseranteilen den klassischen
Polyurethanelastomer-Reifenfüllmassen hinsichtlich ihrer physikalisch-
mechanischen Eigenschaften mindestens ebenbürtig, tatsächlich aber überlegen
und dazu wesentlich kostengünstiger als jene sind. Außerdem verhilft der hohe
Wasseranteil des ausreagierten Polymers diesem zu einer erstaunlichen Flammbeständigkeit,
die bei dem klassischen Polymer nicht bzw. nur durch zusätzlichen,
kostenintensiven Aufwand bei gleichzeitigem Abfall der physikalisch-mechanischen
Eigenschaften zu erreichen ist.
Polyurethane mit einem überäquivalenten Wasseranteil erscheinen auf den ersten
Blick als chemisch paradox, wenn man das niedrige Äquivalentgewicht des Wassers,
bezogen auf eine Isocyanatgruppe betrachtet. Deshalb enthalten die klassischen
Polyurethanelastomere in ihren Rezepturen maximal 1 Gew.-% Wasser in der
Komponente A, um die Ausbildung von Hartsegmenten in der Polymermatrix zu
gewährleisten. Höhere Wasseranteile führen zu vermehrter Kohlendioxid-Bildung
und damit zu störenden Blasen im Elastomer.
Der extrem hohe Wassergehalt der vorliegenden Erfindung ist nur möglich, weil
der größte Teil des Wassers latent gebunden und damit der Reaktion mit dem
Isocyanat entzogen wird, bis die organischen Zusätze der Komponente A in Form
von Polyetheralkoholen und Aminen mit den Isocyanatgruppen reagiert haben.
Das überschüssige Wasser ist danach in der Polymermatrix eingeschlossen und
bleibt dies auch bei mechanischer Belastung, z. B. bei der Walkarbeit des
gefüllten Reifens. Die bei jeder Polyrethan-Reaktion stattfindenden Nebenreaktion
der Kohlendioxid-Bildung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weitgehend
unterdrückt, so daß sich im Reifen ein hohlraumfreies, schnittfestes, trockenes
Material mit hervorragenden physikalisch-mechanischen Eigenschaften sowie
geringer Entflammbarkeit ausbilden kann.
Die Zusätze zur Komponente A bestehen in einer ausgewogenen Kombination
anorganischer und organischer Verbindungen, die in Wasser ganz oder teilweise
löslich und/oder quellfähig sind. Dabei werden die Zusatzstoffe so kombiniert, daß
die Kohlendioxidbildung bei der nachfolgenden Polyurethan-Reaktion minimiert
und das dennoch gebildete Gas chemisch umgewandelt und/oder physikalisch
fixiert wird. Durch die Auswahl und Kombination der Zusätze kann außerdem die
Reaktivität des Polyurethansystems gesteuert werden, indem man die unterschiedliche
Basizität der anorganischen Verbindungen und der Aminogruppen
tragenden organischen Verbindungen ausnutzt.
Die anorganischen Zusätze bestehen vorwiegend aus Magnesiumoxid, Magnesiumchlorid,
Calciumhydroxid, Calciumchlorid oder statt dieser Verbindungen
aus dem sehr gut wasserlöslichen Bariumhydroxid.
Der wichtigste organische Zusatz ist ein wasserlösliches Cellulose-Derivat, wie
es aus der Reaktion von Cellulose mit Propylenoxid erhalten wird.
Die dabei entstehende Hydroxypropylcellulose ist ein Produkt mit variablen
Quelleigenschaften.
Handelsübliche Sorten sind z. B. Methocel J 5 MS, Methocel J 75 MS der Fa.
Dow Chemical oder Celacol der Fa. Worlee Chemie. Die organischen Zusätze
bestehen weiterhin aus den bekannten Polyetheralkoholen auf Basis Glycerin,
Trimethylolpropan und Alkylenoxiden, wie sie üblicherweise in der Polyurethan-
Chemie eingesetzt werden, weiterhin aus stickstoffhaltigen, kurzkettigen Polyetheralkoholen
und aminterminierten Polypropylenglykolen und/oder Aminoalkoholen
sowie Alkylsulfonaten und silikonhaltigen Entschäumern. Es werden handelsübliche
Polyätheralkohole vom Desmocast- und/oder Desmophentyp der Fa. Bayer,
Lupranole der Fa. BASF oder Voranole der Fa. Dow Chemical verwendet. Handelsübliche
Alkylsulfonate sind z. B. Dowfax-Typen der Fa. Dow Chemical oder Linda
neutral der Linda Waschmittel GmbH. Als silikonhaltige Entschäumer werden
Tegosipon N der Fa. Goldschmidt, Silicex-Typen von Rhône Poulenc oder Antaphron-Typen
von CW Nünchritz eingesetzt.
Als stickstoffhaltige kurzkettige Polyetheralkohole werden z. B. die Arcol-Typen
der Fa. ARCO eingesetzt. Aminterminierte Polypropylenglykole sind die Jeffamine
der Fa. Huntsman.
Die Summe der anorganischen und organischen Zusatzstoffe in der Komponente
A beträgt maximal 11 Gew.-%. Damit besteht die Komponente A zu
mindestens 89 Gew.-% aus Wasser.
Im Gegensatz zur Komponente A hat die Komponente B den typischen Polyurethan-
Charakter. Die reaktive Substanz ist das Isocyanat, wobei alle in der Polyurethan-
Chemie üblichen Verbindungen dieser Stoffklasse geeignet sind.
Vorzugsweise werden 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat in seinen handelsüblichen
Sorten und die üblichen Isomerengemische des Toluylendiisocyanats verwendet,
z. B. Lupranat MM 103, Desmodur T 80, Desmodur 44 MS oder Desmodur CD
der Firmen BASF bzw. Bayer.
Die B-Komponente besteht in einem Quasi-Prepolymer aus einem oder mehreren
Polyetheralkoholen und einem oder mehreren der beschriebenen Isocyanate im
Überschuß sowie einem oder mehreren funktionslosen Weichmachern.
Als Weichmacher werden vorzugsweise stark aromatenhaltige Mineralöle, wie
Dealen D 7, Dealen D 25, Dealen D 27 der Fa. DEA oder Enerdex 81 der Fa. BP
oder Califlux der Fa. WITCO, Halogenalkane, wie die Cereclor-Typen der Fa. ICI,
Alkylbenzole (C₈ bis C₁₇), wie die Marlican-Typen der Fa. Hüls, und/oder Esterweichmacher
vom Phthalat-Typ, wie die Palatinole der Fa. BASF und die Vestinole
der Fa. Hüls, verwendet.
Die B-Komponente enthält 5 bis 35 Gew.-% zumindest einer isocyanathaltigen
Verbindung, 5 bis 30 Gew.-% zumindest einer hydroxylgruppenhaltigen Verbindung
und 30 bis 70 Gew.-% nichtreaktive Zusatzstoffe mit Weichmacherfunktion.
Die Komponente A wird in drei Stufen hergestellt, indem das Cellulosederivat
mit ca. der Hälfte der erfindungsgemäßen Wassermenge angequollen wird,
während alle anorganischen Zusätze parallel dazu in der zweiten Wasserhälfte
gelöst bzw. angelöst werden.
Sobald die Cellulose/Wassermischung einen dynamischen Viskositätswert
von ca. 500 bis 1200, vorzugsweise 700 bis 1000 mPa · s, bei 20°C erreicht hat,
werden beide wäßrigen, Komponentenbestandteile vereinigt und danach mit den
restlichen organischen Bestandteilen versetzt. Auf diese Weise erhält man eine
standfeste, sedimentationsfreie, hitze- und kältebeständige Komponente A mit
nicht-Newtonschen Charakter, deren dynamische Viskosität bei 20°C sich nach
24 Stunden zwischen 800 und 1500 mPa · s einstellt.
Da die Viskosität der Komponente B bei 20°C aufgrund ihrer Zusammensetzung
300 bis maximal 900 mPa · s erreicht, ist das Viskositätsverhältnis der Komponenten
A zu B in jedem Fall < 1, was für die Herstellung einer homogenen Mischung
beider Komponenten von großer Bedeutung ist.
Für die Reaktion der beiden Komponenten ist kein Katalysator erforderlich, da der
pH-Wert der Komponente A < 7 ist und somit eine zügige Polyurethan-Reaktion
ermöglicht.
Die Vermischung der Komponenten A und B erfolgt unmittelbar vor der Befüllung
des Reifens in einem statischen oder dynamischen Mischer, wobei die mittlere
Verweilzeit bevorzugt 30 bis 120, insbesondere 50 bis 70 Sekunden beträgt.
Die Aushärtung der Reifenfüllmasse ist nach 8 bis 10 Stunden abgeschlossen.
Die Befüllung des Reifens erfolgt auf übliche und dem Stand der Technik
gemäße Weise, indem die kurz zuvor hergestellte Mischung aus Komponente A
und Komponente B mittels Pumpendruck über einen auf das Lufteinlaßventil
gestülpten Füllstock in den Reifen gepreßt wird, der zur Entlüftung gegenüber
dem Einlaßventil angestochen worden ist. Wenn das Füllprodukt aus der
Entlüftungsöffnung heraustritt, ist der Reifen gefüllt. Das Entlüftungsloch wird mit
einer Schraube verschlossen. Dann wird noch etwas Produkt mittels Pumpendruck
nachdosiert, wobei sich die Reifendecke spannt. Eventuell vorhandene
Hohlräume oder Gasblasen werden dabei ausgefüllt bzw. zerteilt. Der Füllprozeß
wird bei Erreichen eines vorher festgelegten, an einem eigens dafür angebrachten
Manometer ablesbaren, Fülldruck beendet, indem der Füllstock abgezogen
und das Lufteinlaßventil verschlossen wird. Der gefüllte Reifen wird über Nacht
bei einer Temperatur von 20 bis 25°C der Aushärtung überlassen und kann
danach montiert und belastet werden.
Die Füllmasse zeichnet sich durch hervorragende chemische und physikalisch-
mechanische Eigenschaften aus.
So hat sie eine sehr gute Brandresistenz und hohe Festigkeitsmerkmale. Hervorzuheben
sind die Kälteeigenschaften des Materials.
Entgegen den Erwartungen sind dessen mechanische Eigenschaften bei Temperaturen
< 0°C noch deutlich besser als bei Normaltemperatur, wodurch es für einen
Einsatz in kalten Zonen besonders prädestiniert ist.
Für die erfindungsgemäße Reifenfüllmasse werden zunächst die Komponente A
und B getrennt voneinander durch innige Vermischung ihrer jeweiligen Bestandteile
hergestellt, wobei die Komponente A drei Stufen durchläuft:
- - Anquellen der Cellulose in ca. 50% der Gesamtwassermenge, bis eine Viskosität von ca. 800 m Pa · s bei 20°C erreicht ist.
- - Anlösen der anorganischen Verbindungen in der restlichen Wassermenge,
- - Vereinigung beider Teile und Zugabe der restlichen organischen Bestandteile.
Die Komponente B wird durch Zusammengeben aller Bestandteile unter Rühren
hergestellt. Die Komponente A wird durch ihre Viskosität und ihren pH-Wert, die
Komponente B durch ihre Viskosität und ihren NCO-Gehalt charakterisiert.
Die Vermischung der Komponenten erfolgt durch Gegeneinanderführen der
Produktströme in einem statischen Mischer oder durch Rühren in einem dynamischen
Mischer, wobei die Verweilzeit ca. 60 Sekunden beträgt und
anschließend sofort die Befüllung des Reifens auf die übliche Weise vorgenommen
wird. An einer zwischen dem Mischer und dem Reifenfüllventil abgenommene
Probe wird die Reaktion der beiden Komponenten durch Messung der
stetig anwachsenden Viskosität bestimmt.
Die Zeitspanne bis zum Erreichen der Viskosität von 10 000 mPa · s bei 20°C wird
dabei als Topfzeit bezeichnet und stellt ein Maß für die Verarbeitbarkeit dar.
Nach 6 bis 8 Stunden ist das Reaktionsprodukt hinreichend vernetzt und durchgehärtet.
Es kann die Shore A-Härte nach DIN 53 505 gemessen werden.
Zwischen dem Mischer und dem Reifenfüllventil werden außerdem Proben für die
Herstellung von Prüfplatten abgenommen. An daraus geschnittenen Prüfkörpern
werden die Zugfestigkeit und die Dehnung nach DIN 53 504 sowie der Weiterreißwiderstand
nach DIN 53 515 bestimmt. Eine weitere, zwischen dem Mischer
und dem Reifenfüllventil abgenommene Probe wird für die Herstellung eines
Brandtestkörpers, Abmaße 250 × 120 × 60 mm, verwendet. Die Flammbeständigkeit
wird durch 7 Minuten Direktbeflammung der frei aufgehängten Probe, Flammentemperatur
700 bis 750°C, getestet, indem die Zeit bis zur ersten
Brandreaktion und bis zum Verlöschen der Flamme bestimmt wurde.
Es wurde folgende Einteilung getroffen:
Entflammung nach 2 Minuten Flammenkontakt und gleichmäßiges Abbrennen | |
brennbar | |
Entflammung nach 4 Minuten Flammenkontakt und Selbstverlöschen nach 1 Minute Brenndauer | schwer entflammbar |
keine Entflammung | unbrennbar |
Die Ausführungsbeispiele 1 bis 7 beschreiben die labormäßige Herstellung und
Prüfung des Reifenfüllmaterials bei weitgehender Simulierung des Füllprozesses.
Das Ausführungsbeispiel 8 beschreibt die Herstellung und Verfüllung der Reifenfüllmasse.
Das Vergleichsbeispiel beschreibt eine herkömmliche Polyurethan-Reifenfüllmasse,
ihre Herstellung und ihre Eigenschaften.
Bei den folgenden Ausführungsbeispielen werden die nachfolgenden aufgeführten
Abkürzungen verwendet:
MM | |
- Molmasse | |
PPET | - Polyetheralkohol auf Basis Glycerin oder Trimethylolpropan, Propylenoxid und Ethylenoxid (Polyoxypropylenethylentriol), (z. B. Lupranol 2040® oder Desmocast 8901 Y®) |
EDA-Polyol | - Polyetheralkohol auf Basis Ethylendiamin und Propylenoxid, (z. B. Arcol 3420® oder Arcol 3450®) |
4,4′-MDI | - 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat, z. B. (Lupranat MM 103® oder Desmodur CD®) |
PPG 400 | - Polyetheralkohol auf Basis Ethylenglykol und Propylenoxid, MM 400 (z. B. Voranol 400® oder Desmophen 4000 Z®) |
TDI | - 2,4-/2,6-Toluylendiisocyanat, (z. B. Desmodur T80®) |
PPG-Diamin | - aminterminiertes Polypropylenglykol, (z. B. Jeffamine D 230® oder Jeffamine D 400®) |
PPG 2000 | - Polyetheralkohol auf Basis Ethylenglykol und Propylenoxid, MM 2000 (z. B. Desmophen 3600 Z® oder Arcol 1020®) |
PPEG | - Polyetheralkohol auf Basis Ethylenglykol, Propylenoxid und Ethylenoxid, (z. B. Arcol 1061®) |
Nach der unter dem allgemeinen Herstellungsbeispiel beschriebenen Methode werden
400 Gramm Komponente A und 400 Gramm Komponente B hergestellt, miteinander
zur Reaktion gebracht und danach folgende Eigenschaften gemessen:
Komponente A | |
Hydroxypropylcellulose (z. B. Methocel J75 MS®)|5,6 g | |
Wasser | 200,0 g |
Magnesiumoxid | 4,0 g |
Calciumchlorid | 1,0 g |
Wasser | 186,52 g |
PPG-Diamin, MM 200 | 2,0 g |
Na-Alkylsulfonat (z. B. Linda neutral®) | 0,8 g |
Methylpolysiloxan (z. B. Silicex 107 A®) | 0,08 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 1120 |
pH-Wert | 10,1 |
Komponente B | |
PPET, MM 6000|84,0 g | |
EDA-Polyol, MM 3000 | 8,0 g |
Aromatischer Mineralölextrakt (z. B. BP Enerflex 81®) oder (Dealen D7®) | 240,0 g |
Diisooctylphthalat (z. B. Palatinol AH®) | 8,0 g |
Chloralkan (z. B. Cereclor S 52®) | 20,0 g |
4,4′-MDI | 40,0 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 720 |
NCO-Gehalt [%] | 2,8 |
Komponente A+B | |
bei Raumtemperatur | |
Topfzeit [min]: | |
27 | |
ShA-Härte: | 9-10 |
Zugfestigkeit [kN/m]: | 1085 |
Dehnung [%]: | 455 |
Weiterreißwiderstand [kN/m]: | 5,1 |
Brennbarkeit: | schwer entflammbar bei Schrumpfung des Testkörpers |
Nach der Methode des allgemeinen Herstellungsbeispiels und analog dem Ausführungsbeispiel 1
werden folgende Komponenten A und B hergestellt, miteinander
zur Reaktion gebracht und folgende Eigenschaften gemessen:
Komponente A | |
Magnesiumoxid|4 g | |
Magnesiumchlorid | 2 g |
Calciumchlorid | 2 g |
Wasser | 183,12 g |
Hydroxypropylcellulose | 2 g |
Wasser | 200,0 g |
PPG 400 | 4 g |
Triisopropanolamin | 2 g |
Na-Alkylsulfonat | 0,8 g |
Methylpolysiloxan | 0,08 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 1260 |
pH-Wert | 9,8 |
Komponente B | |
PPET, MM 6000|100,0 g | |
Aromatischer Mineralölextrakt | 242,0 g |
Chloralkan | 20,0 g |
4,4′-MDI, carbodiimidmodifiziert | 38,0 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 1090 |
NCO-Gehalt [%] | 2,25 |
Komponente A+B | |
bei Raumtemperatur | |
Topfzeit [min]: | |
21 | |
ShA-Härte | 11-12 |
Zugfestigkeit [kN/m²] | 1120 |
Dehnung [%]: | 314 |
Weiterreißwiderstand [kN/m] | 4,29 |
Brennbarkeit: | unbrennbar bei Schrumpfung des Testkörpers |
Nach der Methode des allgemeinen Herstellungsbeispiels und analog dem Ausführungsbeispiel 1
werden folgende Komponenten A und B hergestellt, miteinander
zur Reaktion gebracht und folgende Eigenschaften bestimmt:
Komponente A | |
Magnesiumoxid|3 g | |
Bariumhydroxidoctahydrat | 1 g |
Wasser | 185,12 g |
Hydroxypropylcellulose | 4 g |
Wasser | 200,0 g |
PPG 400 | 4 g |
PPET, MM 4000 | 2 g |
Na-Alkylsulfonat | 0,8 g |
Methylpolysiloxan | 0,08 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 990 |
pH-Wert | 10 |
Komponente B | |
PPET MM 4000|92,0 g | |
Aromatischer Mineralölextrakt | 244,0 g |
Alkylbenzol C₈-C₁₇, (z. B. Marlican®) | 8,0 g |
TDI | 36,0 g |
Chloralkan | 20,0 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 380 |
NCO-Gehalt [%] | 3,78 |
Nach der Methode des allgemeinen Herstellungsbeispiels und analog dem Ausführungsbeispiel 1
werden folgende Komponenten A und B hergestellt, miteinander
zur Reaktion gebracht und folgende Eigenschaften bestimmt:
Komponente A | |
Bariumhydroxidoctahydrat|4,0 g | |
Wasser | 185,12 g |
Hydroxypropylcellulose | 10,0 g |
Wasser | 200,0 g |
Na-Alkylsulfonat | 0,8 g |
Methylpolysiloxan | 0,08 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 1310 |
pH-Wert | 10,1 |
Komponente B | |
PPET, MM 6000|80,0 g | |
PPEG, MM 2000 | 12,0 g |
Aromatischer Mineralölextrakt | 244,0 g |
Diisooctylphthalat | 8,0 g |
4,4′-MDI, carbodiimidmodifiziert | 36,0 g |
Chloralkan | 20,0 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 610 |
NCO-Gehalt [%] | 2,15 |
Nach der Methode des allgemeinen Herstellungsbeispiels und analog dem Ausführungsbeispiel 1
werden folgende Komponenten A und B hergestellt, miteinander
zur Reaktion gebracht und folgende Eigenschaften bestimmt:
Komponente A | |
Magnesiumoxid|2,0 g | |
Calciumhydroxid | 2,0 g |
Wasser | 192,32 g |
Hydroxypropylcellulose | 2,0 g |
Wasser | 200,0 g |
PPG-Diamin, MM 400 | 0,8 g |
Na-Alkylsulfonat | 0,8 g |
Methylpolysiloxan | 0,08 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 890 |
pH-Wert | 9,8 |
Komponente B | |
PPET, MM 6000|20,0 g | |
PPEG, MM 1000 | 8,0 g |
Chloralkan | 20,0 g |
Aromatischer Mineralölextrakt | 264,0 g |
Diisononylphthalat | 40,0 g |
4,4′-MDI, carbodiimidmodifiziert | 40,0 g |
Isophorondiisocyanat | 8,0 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 315 |
NCO-Gehalt [%] | 3,42 |
Nach der Methode des allgemeinen Herstellungsbeispiels und analog dem Ausführungsbeispiel 1
werden folgende Komponenten A und B hergestellt, miteinander
zur Reaktion gebracht und folgende Eigenschaften bestimmt:
Komponente A | |
Harnstoff|8,0 g | |
Wasser | 183,12 g |
Hydroxypropylcellulose | 2,0 g |
Wasser | 200,0 g |
PPG-Diamin, MM 200 | 4,0 g |
PPET, MM 6000 | 2,0 g |
Na-Alkylsulfonat | 0,8 g |
Methylpolysiloxan | 0,08 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 1130 |
pH-Wert | 10,1 |
Komponente B | |
PPET, MM 6000|110,0 g | |
PPG, MM 2000 | 10,0 g |
Chloralkan | 20,0 g |
Aromatischer Mineralölextrakt | 148,0 g |
Diisooctylphthalat | 12,0 g |
4,4′-MDI, carbodiimidmodifiziert | 96,0 g |
Naphthylendiisocyanat | 4,0 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 870 |
NCO-Gehalt [%] | 6,68 |
Komponente A+B | |
bei Raumtemperatur | |
Topfzeit [min]: | |
28 | |
ShA-Härte: | 11-12 |
Zugfestigkeit [kN/m²] | 1090 |
Dehnung [%]: | 366 |
Weiterreißwiderstand [kN/m] | 4,6 |
Brennbarkeit: | schwer entflammbar bei Schrumpfung des Testkörpers |
Nach der Methode des allgemeinen Herstellungsbeispiels und analog dem Ausführungsbeispiel 1
werden folgende Komponenten A und B hergestellt, miteinander
zur Reaktion gebracht und folgende Eigenschaften bestimmt:
Komponente A | |
Magnesiumoxid|2,0 g | |
Harnstoff | 4,0 g |
Diphenylharnstoff | 2,0 |
Wasser | 181,72 g |
Hydroxypropylcellulose | 6,4 g |
Wasser | 200,0 g |
EDA-Polyol, MM 3000 | 2,0 g |
PPG-Diamin, MM 200 | 4,0 g |
PPET, MM 6000 | 1,0 g |
Na-Alkylsulfonat | 0,8 g |
Methylpolysiloxan | 0,08 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 1260 |
pH-Wert | 10,0 |
Komponente B | |
PPET, MM 6000|88,0 g | |
Chloralkan | 20,0 g |
Diisononylphthalat | 200,0 g |
4,4′-MDI, carbodiimidmodifiziert | 44,0 g |
Hexamethylendiisocyanat | 4,0 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 420 |
NCO-Gehalt [%] | 2,98 |
Nach der Methode des allgemeinen Herstellungsbeispiels und analog dem Ausführungsbeispiel 1
werden je 150 kg Komponente A und Komponente B hergestellt
und zunächst getrennt gelagert. Die Befüllung eines Reifens mit diesem
Material erfolgt auf die übliche Weise, jedoch mit der erfindungsgemäßen Einschränkung,
daß die Mischzeit der Komponenten vor dem Eintritt in den Reifen
mindestens 60 Sekunden beträgt:
Aus den Lagerbehältern werden die Komponenten A und B mittels einer geeigneten Pumpe angesaugt und im Mischungsverhältnis 1 : 1 in einen, mit einem mehrflügeligen Rührer versehenen, zylindrischen Mischbehälter von ca. 15 Liter Rauminhalt gedrückt, ca. 1 Minute gemischt und dann über die übliche Einfüllvorrichtung in einen Reifen von ca. 280 Liter Rauminhalt injiziert. Durch Dehnung der Reifendecke mittels Nachpressen der Mischung wird das Reifenvolumen auf 284 Liter erweitert, was einer Füllmasse von ca. 284 kg Produktgemisch A+B entspricht. Der so gefüllte Reifen wird für 8 Stunden bei 25°C der Aushärtung überlassen und ist danach montier- und belastungsfähig. Der Reifen kann in Arbeitsbereichen mit hohem Brandrisiko eingesetzt werden.
Aus den Lagerbehältern werden die Komponenten A und B mittels einer geeigneten Pumpe angesaugt und im Mischungsverhältnis 1 : 1 in einen, mit einem mehrflügeligen Rührer versehenen, zylindrischen Mischbehälter von ca. 15 Liter Rauminhalt gedrückt, ca. 1 Minute gemischt und dann über die übliche Einfüllvorrichtung in einen Reifen von ca. 280 Liter Rauminhalt injiziert. Durch Dehnung der Reifendecke mittels Nachpressen der Mischung wird das Reifenvolumen auf 284 Liter erweitert, was einer Füllmasse von ca. 284 kg Produktgemisch A+B entspricht. Der so gefüllte Reifen wird für 8 Stunden bei 25°C der Aushärtung überlassen und ist danach montier- und belastungsfähig. Der Reifen kann in Arbeitsbereichen mit hohem Brandrisiko eingesetzt werden.
Die Materialkosten der Füllung sind im Vergleich zu einer klassischen Reifenfüllung
um ca. 40% geringer.
Durch einfaches Zusammenmischen der Bestandteile werden je 400 g Komponente A
und Komponente B hergestellt, durch deren Reaktion miteinander analog
dem allgemeinen Herstellungsbeispiel die folgenden relevanten Eigenschaften
bestimmt werden:
Komponente A | |
PPET, MM 6000|240 g | |
Aromatischer Mineralölextrakt | 145,12 g |
PPG 400 | 10,4 g |
m-Phenylendiamin | 3,2 g |
Wasser | 1,2 g |
Katalysator Dibutylzinndilaurat | 0,8 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 820 |
Komponente B | |
PPET, MM 6000|72,0 g | |
Aromatischer Mineralölextrakt | 243,52 g |
Chloralkal | 20,0 g |
4,4′-MDI, carbodiimidmodifiziert | 64,4 g |
Methylpolysiloxan | 0,08 g |
Viskosität bei 20°C [m Pa s] | 770 |
NCO-Gehalt [%] | 4,35 |
Komponente A+B | |
Topfzeit [min]: | |
38 | |
ShA-Härte: | 10-11 |
Zugfestigkeit [kN/m²] | 750 |
Dehnung [%]: | 560 |
Weiterreißwiderstand [kN/m] | 2,8 |
Brennbarkeit: | brennbar |
Hält man die Ausführungsbeispiele 1 bis 7 entgegen, so ist bei diesem Vergleichsbeispiel
der kostenintensive Rohstoffeinsatz bei der Herstellung herkömmlicher
Reifenfüllmassen im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Reifenfüllmasse direkt
erkennbar. Außerdem ist das herkömmliche Material brennbar und hat zwei
schlechtere Zugparameter als die erfindungsgemäße Reifenfüllmasse.
Claims (19)
1. Kostengünstige hohlraumfreie, elastische, schwer entflammbare Reifenfüllmasse
für Fahrzeugreifen, insbesondere hochbelastete Großraumreifen
für in schwierigem Gelände einsetzbare Fahrzeuge und Arbeitsmaschinen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reifenfüllmasse aus einer zu mindestens
aus 89% Wasser bestehenden Komponente A mit anorganischen und/oder
organischen, die Reaktion beeinflussenden, Zusätzen und einer B-Komponente,
bestehend aus 5-35 Gew.-% zumindest einer isocyanathaltigen
Verbindung, 5-30 Gew.-% zumindest einer hydroxylgruppenhaltigen
Verbindung, und nichtreaktiven Zusatzstoffen besteht, wobei das Volumenverhältnis von B : A
0,8 : 1,2 bis 1,2 : 0,8 oder das Gewichtsverhältnis von B : A 1 : 1 bis 1 : 1,5
beträgt.
2. Reifenfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische
Zusätze Magnesiumoxid, Magnesiumchlorid, Calciumoxid, Calciumchlorid
und/oder Bariumhydroxid verwendet werden.
3. Reifenfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge
der anorganischen Zusätze maximal 8, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-%
beträgt.
4. Reifenfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen
Zusätze Cellulosederivate sind.
5. Reifenfüllmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 bis 2,5 Gew.-%
Cellulosederivate in der Komponente A enthalten sind.
6. Reifenfüllmasse nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß
neben Cellulosederivaten ein oder mehrere wasserlösliche bzw. teilweise
wasserlösliche bzw. in Wasser quellende Polyetheralkohole oder Polyalkylendiamine
und/oder stickstoffhaltige Polyetheralkohole und/oder Aminoalkohole
verwendet werden.
7. Reifenfüllmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben den
Cellulosederivaten Harnstoff und/oder Harnstoffderivate verwendet werden.
8. Reifenfüllmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben den
Cellulosederivaten Alkylsulfonate und silikonhaltige Entschäumer verwendet
werden.
9. Reifenfüllmasse nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Summe der organischen Zusätze ohne Cellulose maximal 8, vorzugsweise
0,5 bis 3 Gew.-% in der Komponente A beträgt.
10. Reifenfüllmasse nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente A 89-99%, vorzugsweise 91-96 Gew.-% Wasser enthält.
11. Reifenfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als isocyanathaltige
Verbindung der Komponente B Toluylendiisocyanate, 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat
in reiner oder modifizierter Form, Naphthylendiisocanat,
Isophorondiisocyanat und Hexamethylendiisocyanat, vorzugsweise Diphenylmethandiisocyanat-
und Toluylendiisocyanat-Varianten verwendet werden.
12. Reifenfüllmasse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil
der Isocyanate an der Komponente B 5 bis 25 Gew.-% beträgt.
13. Reifenfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente B einen oder mehrere Polyetheralkohole im stöchiometrischen
Unterschuß zum verwendeten Isocyanat enthält.
14. Reifenfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente B als nichtreaktive Zusatzstoffe, Esterweichmacher und/oder
Mineralölextrakte und/oder Alkylbenzole (C₈ bis C₁₇) und/oder Chloralkane
enthält.
15. Reifenfüllmasse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der
summarische Anteil der nichtreaktiven Zusatzstoffe in der Komponente B
35 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 70 Gew.-% beträgt.
16. Reifenfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis der Viskositäten der Komponenten A und B 1,5 : 1 bis 3,8 : 1,
vorzugsweise 2 : 1 bis 2,5 : 1, beträgt.
17. Verfahren zur Herstellung einer Reifenfüllmasse nach den Ansprüchen 1 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A und die B-Komponente
in einem Volumenverhältnis von 0,8 : 1,2 bis 1,2 : 0,8 oder einem Gewichtsverhältnis
von 1 : 1 bis 1 : 1,5 unter Anwendung des statischen oder dynamischen
Mischprinzips, unmittelbar vor dem Eintritt in den zu füllenden Reifen
vermischt werden.
18. Verfahren zur Herstellung einer Reifenfüllmasse nach den Ansprüchen 1 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A dadurch hergestellt wird,
daß die Cellulose in einem Teil der erfindungsgemäßen Wassermenge,
vorzugsweise in ca. 50%, vorgequollen wird, die anorganische Verbindungen
in der restlichen Wassermenge angemischt, beide wäßrigen Komponentenbestandteile
miteinander vereinigt werden und danach die Gesamtheit
der übrigen organischen Bestandteile zugemischt wird.
19. Verfahren zur Herstellung einer Reifenfüllung unter Verwendung einer Reifenfüllmasse
gemäß den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente A und die B-Komponente der Reifenfüllmasse durch geeignete
Vermischung beider Komponenten in einem Volumenverhältnis von 0,8 : 1,2
bis 1,2 : 0,8 oder einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 1,5 unter
Anwendung des statischen oder dynamischen Mischprinzips, beginnend
unmittelbar vor dem Eintritt in den zu füllenden Reifen und endend im Reifeninneren,
zur Reaktion gebracht werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996101058 DE19601058C2 (de) | 1996-01-03 | 1996-01-03 | Kostengünstige, schwer entflammbare Polyurethan-Reifenfüllmasse, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verfahren zur Herstellung einer Reifenfüllung |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1996101058 DE19601058C2 (de) | 1996-01-03 | 1996-01-03 | Kostengünstige, schwer entflammbare Polyurethan-Reifenfüllmasse, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verfahren zur Herstellung einer Reifenfüllung |
Publications (2)
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DE19601058C1 true DE19601058C1 (de) | 1997-10-16 |
DE19601058C2 DE19601058C2 (de) | 2002-06-27 |
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ID=7782683
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---|---|---|---|
DE1996101058 Expired - Lifetime DE19601058C2 (de) | 1996-01-03 | 1996-01-03 | Kostengünstige, schwer entflammbare Polyurethan-Reifenfüllmasse, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verfahren zur Herstellung einer Reifenfüllung |
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Country | Link |
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DE (1) | DE19601058C2 (de) |
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WO2008022798A1 (de) * | 2006-08-25 | 2008-02-28 | Renate Marquardt | Neuartige hoch wasserhaltige polyurethane, verfahren zu ihrer herstellung und anwendung |
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
8305 | Restricted maintenance of patent after opposition | ||
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8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8321 | Willingness to grant licences paragraph 23 withdrawn | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MARQUARDT, RENATE, DIPL.-CHEM., 59192 BERGKAME, DE |
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8381 | Inventor (new situation) |
Inventor name: MARQUARDT, DIETER, DIPL.-ING., 59192 BERGKAMEN, DE Inventor name: MARQUARDT, RENATE, DIPL.-CHEM., 59192 BERGKAME, DE |
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