DE19728086A1 - Flächige Polyurethanformkörper und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Flächige Polyurethanformkörper und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von
flächigen Polyurethanformkörpern durch Umsetzung von Polyiso
cyanaten, gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen und gege
benenfalls Katalysatoren, Treibmitteln, Hilfs- und/oder Zusatz
stoffen in Gegenwart von porösen Flächengebilden. Des Weiteren
betrifft die Erfindung die mit diesem Verfahren herstellbaren
flächigen Polyurethanformkörper und deren Verwendung.
Flächige Polyurethan-Formteile werden insbesondere für Innenver
kleidungen von Fahrzeugen verwendet. Ihre Herstellung kann durch
Imprägnierung von porösen, flächigen Materialien mit Polyurethan
systemen und die nachfolgende Umsetzung dieser Systeme zu Poly
urethanen erfolgen. Es können als Polyurethansysteme auch Iso
cyanate, beispielsweise in Form von Dispersionen, oder auch Iso
cyanatgruppen enthaltende Prepolymere eingesetzt werden, deren
Isocyanatgruppen mit Wasser, wobei gegebenenfalls die Luftfeuch
tigkeit und/oder die in den porösen, flächigen Materialien ent
haltende Feuchtigkeit ausreichend ist, umgesetzt werden.
Üblicherweise werden die porösen, flächigen Materialien zuerst in
die Form eingebracht und dort mit dem vorgemischten Polyurethan
system durchtränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden
die porösen flächigen Materialien vor dem Einbringen in die Form
mit dem Polyurethansystem durchtränkt.
Als poröse, flächige Materialien können hierbei synthetische
Schaumstoffe, wie Polyurethan-Weich- oder Halbhartschäume, oder
Gewebe, wie Glaswatte oder Gewebe aus natürlichen Fasern, wie
Filze oder Pflanzenfasern, verwendet werden.
Insbesondere bei der Herstellung von flächigen Polyurethanform
körpern, die nur gering verdichtet sind und eine Dicke von ≧ 2 mm
aufweisen, können mit den bislang bekannten Verfahren durch
Imprägnierung der porösen Formkörper mit Polyurethankomponenten
und anschließender Umsetzung in einer Presse nur schwierig herge
stellt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Verfahren
zur Herstellung von flächigen Polyurethanformkörper durch Um
setzung von Polyurethankomponenten, d. h. Polyisocyanaten, gegen
über Isocyanaten reaktiven Verbindungen und gegebenenfalls,
Katalysatoren, Treibmitteln und Hilfs- und/oder Zusatzstoffen in
Gegenwart von porösen Flächengebilden zu entwickeln, mit dem
weniger verdichtete Formkörper hergestellt werben können, die
auch bei einer Dicke von ≧ 2 mm über hervorragende mechanische
Eigenschaften verfügen.
Diese Aufgabe konnte dadurch gelöst werden, daß man
- i) die porösen Flächengebilde mit den Polyurethankomponenten imprägniert,
- ii) die imprägnierten Flächengebilde vor dem Ausreagieren der Polyurethankomponenten in einem ersten Preßvorgang auf eine Dicke x1 preßt und
- iii) nach diesem ersten Preßvorgang die Umsetzung der Polyurethan komponenten in einer beheizbaren Form mit einer Dicke von x2, die das Flächengebilde in der Form einnehmen kann, wobei x2 < x1 ist, weiterführt.
Die Imprägnierung (i) der porösen Flächengebilde kann sowohl
manuell, beispielsweise durch Bürsten oder Handrollen, als auch
maschinell, beispielsweise durch Aufsprühen oder mit Kalandern,
erfolgen. Die Imprägnierung kann sowohl mit einer Reaktionsmi
schung erfolgen, die bereits alle Polyurethankomponenten enthält,
als auch derart, daß die Polyurethankomponenten nacheinander auf
das poröse Flächengebilde aufgetragen werden. Zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, das poröse
Flächengebilde zunächst mit der Polyolkomponente, die die gegen
über Isocyanaten reaktiven Verbindungen und gegebenenfalls
Katalysatoren, Treibmitteln und Hilfs- und/oder Zusatzstoffen
enthält, und danach mit der Isocyanatkomponente zu imprägnieren.
Dadurch wird vermieden, daß es zu einem vorzeitigen Abreagieren
der Isocyanatkomponente mit eventuell vorhandener Feuchtigkeit in
dem porösen Flächengebilde kommt, zum anderen durchdringt die
Isocyanatkomponente das bereits imprägnierte Flächengebilde
leichter, als es umgekehrt der Fall wäre.
Nach dem Imprägnieren preßt man das nicht ausreagierte Flächen
gebilde in einem ersten Preßvorgang (ii) auf eine Dicke x1. Dieses
Verpressen kann mittels üblicher Einrichtung, beispielsweise
Doppelbändern oder Rollenstühlen, kontinuierlich erfolgen. Es ist
auch möglich, daß man dieses Verpressen bereits in einer Form
durchführt, die beispielsweise beheizbar sein kann. Die Dicke x1,
auf die man das imprägnierte Flächengebilde in dem ersten Preß
vorgang x1 preßt, beträgt in Abhängigkeit der verwendeten Flächen
gebilde und der angestrebten Dicke des fertigen Formkörpers
bevorzugt 1 bis 5 mm, besonders bevorzugt 1,5 bis 3 mm.
Durch dieses erste Verpressen (ii) erreicht man eine gleichmaßige
Durchtränkung des porösen Flächengebildes mit den Polyurethankom
ponenten.
Nach diesem ersten Preßvorgang führt man die Umsetzung der Poly
urethankomponenten, die nunmehr bevorzugt gleichmäßig in dem
Flächengebildet verteilt sind, weiter. Dafür vergrößert man die
Dicke, die das Flächengebilde in einer Form einnehmen kann, auf
die Dicke x2, die größer ist als die x1. Dies ist beispielsweise
dadurch möglich, daß man die Form, in der (ii) durchgeführt
wurde, auf die vorgesehene Dicke x2 öffnet. Falls (ii) in einem
kontinuierlichen Verfahren durchgeführt wurde, kann man die vor
verpreßten Flächengebilde bevorzugt in eine Form mit einer Dicke
x2, die das Flächengebilde in dieser Form einnehmen kann, überfüh
ren. Die Form, in der man (iii) ausführt, ist bevorzugt beheiz
bar. Die Dicke x2 beträgt in Abhängigkeit der verwendeten Flächen
gebilde und der angestrebten Dicke des fertigen Formkörpers
bevorzugt 2 bis 15 mm, besonders bevorzugt 3,5 bis 10 mm, wobei
der Formkörper keine einheitlich Dicke aufweisen muß. Es ist
möglich, beispielsweise an den Rändern des Formkörpers geringere
Dicken einzustellen, während in der Mitte größere Dicken
angestrebt werden.
Die Umsetzung der Polyurethankomponenten kann bereits während
(ii) beginnen. Bevorzugt wird man die Umsetzung weitgehend
während (iii) in einer beheizbaren Form bei einer üblichen
Temperatur von 80 bis 130°C, vorzugsweise 90 bis 120°C durch
führen. Das poröse Flächengebilde kann man sowohl vor als auch
nach den Schritten (i) oder (ii) auf eine gewünschte Form und
Größe zuschneiden. Zur besseren Entformbarkeit kann man mit
Trennmitteln arbeiten. Hierbei kann man sowohl innere Trennmittel
verwenden als auch die Form(en) vor Einführung des Flächen
gebildes mit Trennmittel besprühen.
Die flächigen Polyurethan-Formteile können mit Deckschichten, so
genannten Kaschierungen, versehen werden. Üblicherweise geschieht
das, indem die Kaschierungen vor dem Einbringen der imprägnierten
Flächengebilde in die Form(en) eingelegt werden. Es ist auch
möglich, das flächige, poröse Formgebilde nur teilweise zu
imprägnieren oder eine imprägnierte Schicht zusammen mit nicht
imprägnierten Schichten in die Form(en) einzubringen.
Zu den Ausgangsprodukten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im
einzelnen folgendes zu sagen:
Als poröse Flächengebilde können sowohl synthetische Produkte als auch Naturstoffe verwendet werden. Bei den synthetischen Produk ten haben weiche und halbharte Schaumstoffe besondere Bedeutung. Um eine ausreichende Imprägnierung zu gewährleisten, ist ein ho her Gehalt an offenen Zellen erforderlich. Diese Anforderungen werden insbesondere von Polyurethan-Schaumstoffen erfüllt.
Als poröse Flächengebilde können sowohl synthetische Produkte als auch Naturstoffe verwendet werden. Bei den synthetischen Produk ten haben weiche und halbharte Schaumstoffe besondere Bedeutung. Um eine ausreichende Imprägnierung zu gewährleisten, ist ein ho her Gehalt an offenen Zellen erforderlich. Diese Anforderungen werden insbesondere von Polyurethan-Schaumstoffen erfüllt.
Weiterhin können als poröse Flächengebilde Glasfasermatten einge
setzt werden. Diese haben den Vorteil, daß sie sich auf Grund
ihres geringen Fließwiderstandes besonders leicht imprägnieren
lassen. Üblicherweise eingesetzte Glasfasermatten haben ein
Flächengewicht von etwa 500 g/m3.
In letzter Zeit haben Flächengebilde aus natürlichen Fasern stark
an Bedeutung gewonnen. Insbesondere Matten aus Pflanzenfasern,
wie Flachs, Sisal oder Jute können vorteilhaft eingesetzt werden.
Bei Verwendung derartiger Produkte ist das erfindungsgemäße Ver
fahren besonders vorteilhaft gegenüber denen des Standes der
Technik, da diese Matten einen hohen Fließwiderstand gegenüber
den Polyurethan-Komponenten aufweisen. Dadurch kommt es bei
Verwendung von Polyurethansystemen oft dazu, daß das Polyurethan
system die Matten vor der Reaktion nicht vollständig durchdringen
kann und die erhaltenen Formteile Inhomogenitäten aufweisen.
Zu den Polyurethan-Komponenten ist im einzelnen folgendes zu
sagen:
Als organische Polyisocyanate kommen die an sich bekannten ali phatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen und vorzugsweise aromatischen mehrwertigen Isocyanate in Frage.
Als organische Polyisocyanate kommen die an sich bekannten ali phatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen und vorzugsweise aromatischen mehrwertigen Isocyanate in Frage.
Im einzelnen seien beispielhaft genannt: Alkylendiisocyanate mit
4 bis 12 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest, wie 1,12-Dodecan-di
isocyanat, 2-Ethyl-tetramethylen-diisocyanat-1,4, 2-Methyl-penta
methylen-diisocyanat-1,5, Tetramethylen-diisocyanat-1,4 und vor
zugsweise Hexamethylen-diisocyanat-1,6; cycloaliphatische Diiso
cyanate, wie Cyclohexan-1,3- und -1,4-diisocyanat sowie beliebige
Gemische dieser Isomeren, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocya
natomethyl-cyclohexan (Isophoron-diisocyanat), 2,4- und 2,6-He
xahydrotoluylen-diisocyanat sowie die entsprechenden Isomerenge
mische, 4,4'-, 2,2'- und 2,4'-Dicyclohexylmethan-diisocyanat so
wie die entsprechenden Isomerengemische, und vorzugsweise aroma
tische Di- und Polyisocyanate, wie z. B. 2,4- und 2,6-Toluylen
diisocyanat und die entsprechenden Isomerengemische, 4,4'-, 2,4'- und
2,2'-Diphenylmethan-diisocyanat und die entsprechenden Isome
rengemische, Mischungen aus 4,4'- und 2,4'-Diphenylmethan-diiso
cyanaten, Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanate, Mischungen aus
4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diphenylmethan-diisocyanaten und
Polyphenylpolymethylen-polyisocyanaten (Roh-MDI) und Mischungen aus
Roh-MDI und Toluylen-diisocyanaten. Die organischen Di- und Poly
isocyanate können einzeln oder in Form ihrer Mischungen einge
setzt werden.
Häufig werden auch sogenannte modifizierte mehrwertige Isocyana
te, d. h. Produkte, die durch chemische Umsetzung organischer
Di- und/oder Polyisocyanate erhalten werden, verwendet. Beispielhaft
genannt seien Ester-, Harnstoff-, Biuret-, Allophanat-, Carbodi
imid-, Isocyanurat-, Uretdion- und/oder Urethangruppen enthalten
de Di- und/oder Polyisocyanate. Im einzelnen kommen beispielswei
se in Betracht: Urethangruppen enthaltende organische, vorzugs
weise aromatische Polyisocyanate mit NCO-Gehalten von 33,6 bis
15 Gew.-%, vorzugsweise von 31 bis 21 Gew.-%, bezogen auf das Ge
samtgewicht, beispielsweise mit niedermolekularen Diolen, Trio
len, Dialkylenglykolen, Trialkylenglykolen oder Polyoxyalkylen
glykolen mit Molekulargewichten bis 6000, insbesondere mit Mole
kulargewichten bis 1500, modifiziertes 4,4'-Diphenylmethan-diiso
cyanat, modifizierte 4,4'- und 2,4'-Diphenylmethan-diisocyanatmi
schungen, oder modifiziertes Roh-MDI oder 2,4- bzw. 2,6-Toluylen
diisocyanat, wobei als Di- bzw. Polyoxyalkylenglykole, die ein
zeln oder als Gemische eingesetzt werden können, beispielsweise
genannt seien: Diethylen-, Dipropylenglykol, Polyoxyethylen-, Po
lyoxypropylen- und Polyoxypropylen-polyoxyethylen-glykole, -trio
le und/oder -tetrole. Geeignet sind auch NCO-Gruppen enthaltende
Prepolymere mit NCO-Gehalten von 25 bis 3,5 Gew.-%, vorzugsweise
von 21 bis 14 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, hergestellt
aus den nachfolgend beschriebenen Polyester- und/oder vorzugs
weise Polyetherpolyolen und 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat, Mi
schungen aus 2,4'- und 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat, 2,4- und/oder
2,6-Toluylen-diisocyanaten oder Roh-MDI. Bewährt haben sich
ferner flüssige, Carbodiimidgruppen und/oder Isocyanuratringe
enthaltende Polyisocyanate mit NCO-Gehalten von 33,6 bis 15, vor
zugsweise 31 bis 21 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, z. B.
auf Basis von 4,4'-, 2,4'- und/oder 2,2'-Diphenylmethan-diisocya
nat und/oder 2,4- und/oder 2,6-Toluylen-diisocyanat.
Die modifizierten Polyisocyanate können miteinander oder mit un
modifizierten organischen Polyisocyanaten wie z. B. 2,4'-,
4,4'-Diphenyl-methan-diisocyanat, Roh-MDI, 2,4- und/oder 2,6-To
luylen-diisocyanat gegebenenfalls gemischt werden.
Besonders bewährt haben sich als organische Polyisocyanate und
kommen daher vorzugsweise zur Anwendung: Mischungen aus Toluylen-di
isocyanaten und Roh-MDI oder Mischungen aus modifizierten Ure
thangruppen enthaltenden organischen Polyisocyanaten mit einem
NCO-Gehalt von 33,6 bis 15 Gew.-%, insbesondere solche auf Basis
von Toluylen-diisocyanaten, 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat, Di
phenylmethan-diisocyanat-IsomerengemiSchen oder Roh-MDI und ins
besondere Roh-MDI mit einem Diphenylmethan-diisocyanat-Isomeren
gehalt von 30 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise von 30 bis 55 Gew.-%.
Als gegenüber Isocyanatenreaktive Verbindungen mit mindestens
zwei reaktiven Wasserstoffatomen werden zweckmäßigerweise solche
mit einer Funktionalität von 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6 und
einem Molekulargewicht von 60 bis 9000 verwendet. Bewährt haben
sich z. B. Polyether-polyamine und/oder vorzugsweise Polyole aus
gewählt aus der Gruppe der Polyether-polyole, Polyester-polyole,
Polythioether-polyole, hydroxylgruppenhaltigen Polyesteramide,
hydroxylgruppenhaltigen Polyacetale und hydroxylgruppenhaltigen
aliphatischen Polycarbonate oder Mischungen aus mindestens zwei
der genannten Polyole. Vorzugsweise Anwendung finden Polyester
polyole und/oder Polyether-polyole.
Geeignete Polyester-polyole können beispielsweise aus organischen
Dicarbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise ali
phatischen Dicarbonsäuren mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen und mehr
wertigen Alkoholen, vorzugsweise Diolen mit 2 bis 12 Kohlenstoff
atomen, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen hergestellt
werden. Als Dicarbonsäuren kommen beispielsweise in Betracht:
Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelain
säure, Sebacinsäure, Decandicarbonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure,
Phthalsäure, Isophthalsäure und Terephthalsäure. Die Dicarbon
säuren können dabei sowohl einzeln als auch im Gemisch unterein
ander verwendet werden. Anstelle der freien Dicarbonsäuren können
auch die entsprechenden Dicarbonsäurederivate, wie z. B. Dicarbon
säure-mono- und -diester von Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoff
atomen oder Dicarbonsäureanhydride eingesetzt werden. Vorzugs
weise verwendet werden Dicarbonsäuregemische aus Bernstein-,
Glutar- und Adipinsäure in Mengenverhältnissen von beispielsweise
20 bis 35 : 35 bis 50 : 20 bis 32 Gew.-Teilen, und insbesondere
Adipinsäure. Beispiele für zwei- und mehrwertige Alkohole, ins
besondere Alkandiole und Dialkylenglykole sind: Ethandiol,
Diethylenglykol, 1,2- bzw. 1,3-Propandiol, Dipropylenglykol,
1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,10-Decandiol,
Glycerin und Trimethylolpropan. Vorzugsweise verwendet werden
Ethandiol, Diethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol,
1,6-Hexandiol oder Mischungen aus mindestens zwei der genannten
Diole, insbesondere Mischungen aus 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol
und 1,6-Hexandiol. Eingesetzt werden können ferner Polyester
polyole aus Lactonen, z. B. ε-Caprolacton oder Hydroxycarbonsäuren,
z. B. ω-Hydroxycapronsäure.
Zur Herstellung der Polyester-polyole können die organischen,
z. B. aromatischen und vorzugsweise aliphatischen Polycarbonsäuren
und/oder -derivate und mehrwertigen Alkohole katalysatorfrei oder
vorzugsweise in Gegenwart von Veresterungskatalysatoren, zweckmä
ßigerweise in einer Atmosphäre aus Inertgasen, wie z. B. Stick
stoff, Kohlenmonoxid, Helium, Argon u. a. in der Schmelze bei Tem
peraturen von 150 bis 250°C, vorzugsweise 180 bis 220°C gegebenen
falls unter vermindertem Druck bis zu der gewünschten Säurezahl,
die vorteilhafterweise kleiner als 10, vorzugsweise kleiner als 2
ist, polykondensiert werden. Nach einer bevorzugten Ausführungs
form wird das Veresterungsgemisch bei den obengenannten Tempera
turen bis zu einer Säurezahl von 80 bis 30, vorzugsweise 40 bis
30, unter Normaldruck und anschließend unter einem Druck von
kleiner als 500 mbar, vorzugsweise 50 bis 150 mbar, poly
kondensiert. Als Veresterungskatalysatoren kommen beispielsweise
Eisen-, Cadmium-, Kobalt-, Blei-, Zink-, Antimon-, Magnesium-,
Titan- und Zinnkatalysatoren in Form von Metallen, Metalloxiden
oder Metallsalzen in Betracht. Die Polykondensation kann jedoch
auch in flüssiger Phase in Gegenwart von Verdünnungs- und/oder
Schleppmitteln, wie z. B. Benzol, Toluol, Xylol oder Chlorbenzol,
zur azeotropen Abdestillation des Kondensationswassers durchge
führt werden.
Zur Herstellung der Polyester-polyole werden die organischen
Polycarbonsäuren und/oder -derivate und mehrwertigen Alkohole
vorteilhafterweise im Molverhältnis von 1 : 1 bis 1,8, vorzugsweise
1 : 1,05 bis 1,2 polykondensiert.
Zur Herstellung foggingarmer PU-Formkörper werden die Polyester
polyole vor ihrer Verwendung zweckmäßigerweise einer Destillation
bei Temperaturen von 140 bis 280°C und unter vermindertem Druck
von 0,05 bis 30 mbar, z. B. einer Dünnschichtdestillation, zur Ab
trennung flüchtiger Bestandteile unterworfen.
Die erhaltenen Polyester-polyole besitzen vorzugsweise eine
Funktionalität von 2 bis 4, insbesondere 2 bis 3 und ein Mole
kulargewicht von 500 bis 3000, vorzugsweise 1200 bis 3.000 und
insbesondere 1800 bis 2500.
Die verwendeten Polyether-polyole werden nach bekannten Verfah
ren, beispielsweise durch anionische Polymerisation mit Alkali
hydroxiden, wie z. B. Natrium- oder Kaliumhydroxid oder Alkalial
koholaten, wie z. B. Natriummethylat, Natrium- oder Kaliumethylat
oder Kaliumisopropylat, als Katalysatoren und unter Zusatz minde
stens eines Startermoleküls, das 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6,
reaktive Wasserstoffatome gebunden enthält, oder durch kationi
sche 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 hergestellt.
Geeignete Alkylenoxide sind beispielsweise Tetrahydrofuran,
1,3-Propylenoxid, 1,2- bzw. 2,3-Butylenoxid, Styroloxid und vor
zugsweise Ethylenoxid und 1,2-Propylenoxid. Die Alkylenoxide
können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischungen
verwendet werden.
Als Startermoleküle für die verwendeten Polyetheralkohole kommen
folgende Verbindungen in Betracht:
Es werden insbesondere hydroxylgruppenhaltige hochfunktionelle Verbindungen, insbesondere Zucker, Stärke oder Lignin als Start substanzen verwendet. Von besonderer praktischer Bedeutung sind hierbei Glucose, Succrose und Sorbitol. Da diese Verbindungen bei den üblichen Reaktionsbedingungen der Alkoxylierung in fester Form vorliegen, ist es allgemein üblich, diese Verbindungen ge meinsam mit Koinitiatoren zu alkoxylieren. Als Koinitiatoren eig nen sich besonders Wasser und mehrfunktionelle niedere Alkohole, z. B. Glyzerin, Ethylenglykol, Propylenglykol und deren niedere Homologe.
Es werden insbesondere hydroxylgruppenhaltige hochfunktionelle Verbindungen, insbesondere Zucker, Stärke oder Lignin als Start substanzen verwendet. Von besonderer praktischer Bedeutung sind hierbei Glucose, Succrose und Sorbitol. Da diese Verbindungen bei den üblichen Reaktionsbedingungen der Alkoxylierung in fester Form vorliegen, ist es allgemein üblich, diese Verbindungen ge meinsam mit Koinitiatoren zu alkoxylieren. Als Koinitiatoren eig nen sich besonders Wasser und mehrfunktionelle niedere Alkohole, z. B. Glyzerin, Ethylenglykol, Propylenglykol und deren niedere Homologe.
Es werden insbesondere Ammoniak, mehrfunktionelle aliphatische
Amine, insbesondere solche mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und pri
mären und sekundären Aminogruppen sowie Aminoalkohole mit 2 bis 6
Kohlenstoffatomen in der Hauptkette eingesetzt.
Vorzugsweise eingesetzt werden Ethylendiamin, Monoalkylethylen
diamine, 1,3-Propylendiamin sowie verschiedene Butylen- und Hexa
methylendiamine; und als Aminoalkohole Ethanolamin, Diethanolamin
und Triethanolamin.
Als Startsubstanzen werden Wasser und/oder niedermolekulare
zwei- und/oder dreifunktionelle Alkohole eingesetzt. Verwendet werden
insbesondere lineare oder verzweigte Alkohole, vorzugsweise
solche mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Hauptkette.
Bevorzugt als Startsubstanzen eingesetzte Verbindungen sind neben
Wasser Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol,
Dipropylenglykol, Butandiol-1,4, Hexandiol-1,5, Glyzerin und Tri
methylpropan.
Als Alkylenoxide werden niedere Alkylenoxide, insbesondere solche
mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen, verwendet. Von besonderer techni
scher Bedeutung sind das Ethylenoxid und das 1,2-Propylenoxid.
Die Herstellung der verwendeten Polyetheralkohole erfolgt zumeist
nach dem anionischen Reaktionsmechanismus. Dazu wird die Start
substanz zunächst mit einem basischen Katalysator versetzt. Als
basische Katalysatoren werden zumeist Alkali- oder Erdalkali
metallhydroxide und -carbonate, insbesondere Kaliumhydroxid,
verwendet.
Die Anlagerung der Alkylenoxide erfolgt üblicherweise bei Tempe
raturen von 80 bis 130°C und Drücken von 0,1 bis 1,0 MPa. Nach der
Anlagerung der Alkylenoxide erfolgt die Neutralisation des basi
schen Katalysators und die Aufarbeitung des Polyetheralkohols
durch Entfernung der Feststoffe, zumeist durch Filtration, und
Entfernung der leichtflüchtigen Bestandteile, zumeist durch Vaku
umdestillation, um die thermische Beanspruchung des Polyether
alkohols gering zu halten.
Zur Modifizierung der mechanischen Eigenschaften, z. B. der Härte,
kann sich der Zusatz von Kettenverlängerungsmitteln, Vernetzungs
mitteln oder gegebenenfalls auch Gemischen davon als gegenüber
Isocyanaten reaktive Verbindungen als vorteilhaft erweisen. Als
Kettenverlängerungs- und/oder Vernetzungsmittel verwendet werden
Diole und/oder Triole mit Molekulargewichten kleiner als 400,
vorzugsweise von 60 bis 300. 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-Dihydro
xycyclohexan, Diethylenglykol, Dipropylenglykol und vorzugsweise
Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6 und Bis-(2-hydroxy-ethyl)-hydrochi
non, 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 Polyurethane Kettenverlängerungsmit
tel, 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 Polyolverbindung, zum Einsatz.
Als Treibmittel für die verwendeten Polyurethan-Systeme können
die zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen üblichen Treib
mittel eingesetzt werden, beispielsweise halogenierte Alkane.
Vorteilhafterweise werden als physikalische Treibmittel niedrig
siedende aliphatische Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise Cyclo
pentan, n-Pentan und/oder iso-Pentan, insbesondere n-Pentan
verwendet.
Da die als Treibmittel geeigneten aliphatischen Kohlenwasser
stoffe brennbar und explosibel sind, müssen die Anlagen mit den
entsprechenden Sicherheitseinrichtungen ausgestattet sein.
Es ist vorteilhaft, die aliphatischen Kohlenwasserstoffe gemein
sam mit Wasser als Treibmittel einzusetzen. Die eingesetzte Menge
an aliphatischen Kohlenwasserstoffen beträgt 2 bis 25 Gew.-%,
vorzugsweise 10 bis 13 Gew.-%, bezogen auf die Polyolkomponente.
Der Anteil des Wassers richtet sich nach den angestrebten Eigen
schaften des Polyurethans.
Als Katalysatoren zur Herstellung der Polyurethane werden insbe
sondere Verbindungen verwendet, die die Reaktion der reaktive
Wasserstoffatome, insbesondere Hydroxylgruppen, enthaltenden Ver
bindungen und gegebenenfalls mit den organischen, gegebenenfalls
modifizierten Polyisocyanaten stark beschleunigen. In Betracht
kommen organische Metallverbindungen, vorzugsweise organische
Zinnverbindungen, wie Zinn-(II)-salze von organischen Carbonsäu
ren, z. B. Zinn-(II)-acetat, Zinn-(II)-octoat, Zinn-(II)-ethyl
hexoat und Zinn-(II)-laurat und die Dialkylzinn-(IV)-salze von
organischen Carbonsäuren, z. B. Dibutyl-zinndiacetat, Dibutylzinn
dilaurat, Dibutylzinn-maleat und Dioctylzinn-diacetat. Die orga
nischen Metallverbindungen werden allein oder vorzugsweise in
Kombination mit stark basischen Aminen eingesetzt. Genannt seien
beispielsweise Amidine, wie 2,3-Dimethyl-3,4,5,6-tetrahydropyri
midin, tertiäre Amine, wie Triethylamin, Tributylamin, Dimethyl
benzylamin, N-Methyl-, N-Ethyl-, N-Cyclohexylmorpholin,
N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-butan
diamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-hexandiamin-1,6, Pentamethyl-di
ethylentriamin, Tetramethyl-diaminoethylether, Bis-(dimethylami
nopropyl)-harnstoff, Dimethylpiperazin, 1,2-Dimethyl-imidazol,
1-Aza-bicyclo-(3,3,0)-octan und vorzugsweise 1,4-Diaza-bi
cyclo-(2,2,2)-octan, und Alkanolaminverbindungen, wie Triethan
olamin, Triisopropanolamin, N-Methyl- und N-Ethyl-diethanolamin
und Dimethylethanolamin.
Als Katalysatoren kommen ferner in Betracht: Tris-(dialkylamino
alkyl)-s-hexahydrotriazine, insbesondere Tris-(N,N-dimethylamino
propyl)-s-hexahydrotriazin, Tetraalkylammoniumhydroxide, wie
Tetramethylammoniumhydroxid, Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid
und Alkalialkoholate, wie Natriummethylat und Kaliumisopropylat,
sowie Alkalisalze von langkettigen Fettsäuren mit 10 bis 20
C-Atomen und gegebenenfalls seitenständigen OH-Gruppen. Vorzugs
weise verwendet werden 0,001 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis
2 Gew.-%, Katalysator bzw. Katalysatorkombination, bezogen auf
das Gewicht der Polyolkomponente.
Dem Polyurethansystem können gegebenenfalls auch noch Hilfsmittel
und/oder Zusatzstoffe einverleibt werden. Genannt seien bei
spielsweise oberflächenaktive Substanzen, Schaumstabilisatoren,
Zellregler, Füllstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Flammschutzmittel,
Hydrolyseschutzmittel, fungistatische und bakteriostatisch wir
kende Substanzen.
Als oberflächenaktive Substanzen kommen z. B. Verbindungen in
Betracht, welche zur Unterstützung der Homogenisierung der Aus
gangsstoffe dienen und gegebenenfalls auch geeignet sind, die
Zellstruktur der Kunststoffe zu regulieren. Genannt seien bei
spielsweise Emulgatoren, wie die Natriumsalze von Ricinusöl
sulfaten, oder von Fettsäuren sowie Salze von Fettsäuren mit
Aminen, z. B. ölsaures Diethylamin, stearinsaures Diethanolamin,
ricinolsaures Diethanolamin, Salze von Sulfonsäuren, z. B. Alkali-
oder Ammoniumsalze von Dodecylbenzol- oder Dinaphthylmethandisul
fonsäure und Ricinolsäure; Schaumstabilisatoren, wie Siloxan-
Oxalkylen-Mischpolymerisate und andere Organopolysiloxane,
oxethylierte Alkylphenole, oxethylierte Fettalkohole, Paraffinöle,
Ricinusöl- bzw. Ricinolsäureester, Türkischrotöl und Erdnußöl und
Zellregler, wie Paraffine, Fettalkohole und Dimethylpolysiloxane.
Zur Verbesserung der Emulgierwirkung, der Zellstruktur und/oder
Stabilisierung des Schaumes eignen sich ferner die oben beschrie
benen oligomeren Acrylate mit Polyoxyalkylen- und Fluoralkan
resten als Seitengruppen. Die oberflächenaktiven Substanzen
werden üblicherweise in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-Teilen, be
zogen auf 100 Gew.-Teile der Komponente (b), angewandt.
Geeignete Flammschutzmittel sind beispielsweise Trikresylphos
phat, Tris-(2-chlorethyl)phosphat, Tris-(2-chlorpropyl)phosphat,
Tris-(1,3-dichlorpropyl)phosphat, Tris-(2,3-dibrompropyl)phosphat,
Tetrakis-(2-chlorethyl)-ethylendiphosphat, Dimethylmethanphospho
nat, Diethanolaminomethylphosphonsäurediethylester sowie handels
übliche halogenhaltige Flammschutzpolyole.
Außer den bereits genannten halogensubstituierten Phosphaten
können auch anorganische oder organische Flammschutzmittel, wie
roter Phosphor, Aluminiumoxidhydrat, Antimontrioxid, Arsenoxid,
Ammoniumpolyphosphat und Calciumsulfat, Blähgraphit oder Cyanur
säurederivate, wie z. B. Melamin, oder Mischungen aus mindestens
zwei Flammschutzmitteln, wie z. B. Ammoniumpolyphosphaten und
Melamin sowie gegebenenfalls Maisstärke oder Ammoniumpoly
phosphat, Melamin und Blähgraphit und/oder gegebenenfalls aro
matische Polyester zum Flammfestmachen der Polyisocyanat-poly
additionsprodukte verwendet werden. Im allgemeinen hat es sich
als zweckmäßig erwiesen, 5 bis 50 Gew.-Teile, vorzugsweise 5 bis
25 Gew.-Teile, der genannten Flammschutzmittel für jeweils
100 Gew.-Teile der Komponente (b) zu verwenden.
Üblicherweise erfolgt jedoch bei den erfindungsgemäß verwendeten
Polyurethanen kein Zusatz von Flammschutzmitteln, physikalischen
Treibmitteln, Katalysatoren und sonstigen Hilfsmitteln.
Nähere Angaben über die oben genannten anderen üblichen Hilfs-
und Zusatzstoffe sind der Fachliteratur, beispielsweise der Mono
graphie von J.H. Saunders und K.C. Frisch "High Polymers" Band
XVI, Polyurethanes, Teil 1 und 2, Verlag Interscience Publishers
1962 bzw. 1964, oder dem Kunststoff-Handbuch, Polyurethane, Band
VII, Hanser-Verlag, München, Wien, 3. Auflage, 1993 zu entnehmen.
Als Kaschierungen werden beispielsweise offen- und geschlossen
zellige Schäume, Fasermatten, Stoffe, Kunststoffolien und ähnli
che Materialien verwendet. Die Kaschierungen können auf einer
Seite oder auf beiden Seiten der flächigen Polyurethan-Formkörper
aufgebracht werden. Die Kaschierung wird üblicherweise aufge
bracht, indem zunächst das Kaschiermaterial und danach das imprä
gnierte flächige Material in die Form gegeben und danach unter
Erhitzen das Polyurethan gebildet wird. Dabei erfolgt eine Ver
bindung des Kaschiermaterials und die Herausbildung einer Sand
wich-Struktur. Hierbei kann, insbesondere bei Verwendung von
Folien als Kaschiermaterial, gegebenenfalls auf den Einsatz von
Trennmitteln verzichtet werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten flächigen Polyurethanformkörper
weisen bevorzugt eine Dicke von 2 bis 15 mm auf und können durch
Deckschichten kaschiert sein. Verwendung finden die flächigen
Polyurethanformkörper vorzugsweise als Bau-, Verpackungs-,
Möbel- oder Fahrzeugbaumaterialien, besonders bevorzugt als Innenver
kleidungen von Fahrzeugen, beispielsweise Hutablagen oder Innen
verkleidungen von Türen.
Die Erfindung soll an nachstehenden Beispielen näher erläutert
werden.
Eine 500 × 200 mm2 große Matte aus Flachs/Sisal in einem
Verhältnis von 1 : 1 mit einem Flächengewicht von 1000 g/m2 wurde
mittels einer Handrolle mit 75 g eines mit Succrose gestarteten
Polyetherols mit einer Hydroxylzahl von 403 mg KOH/g (Lupranol®
3321 der BASF AG) imprägniert. Danach wurde die Matte ebenso mit
75 g Roh-MDI (Lupranat® M20W der BASF AG) mit einem NCO-Gehalt
von 31 Gew.-% imprägniert und anschließend in ein Prüfplatten
werkzeug der Größe 500 × 200 mm und variabler Dicke eingelegt und
und für eine Dauer von 0,5 min auf eine Dicke von 2 mm verpreßt.
Anschließend wurde das Werkzeug auf die in der Tabelle angegebe
nen Dicken geöffnet und auf 120°C erhitzt. Nach etwa einer Minute
schäumte das System auf. Nach 2 min konnte der Polyurethanform
körper entnommen werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten flächigen Polyurethanformkörper
wiesen hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Diese positi
ven Eigenschaften konnten bei den im folgenden dargestellten Ver
gleichsprodukten nicht nachgewiesen werden. Die sehr gute Durch
tränkung des porösen Flächengebildes mit den Polyurethankomponen
ten durch den ersten Preßvorgang und die anschließende Umsetzung
der Polyurethankomponenten bei einer größeren Dicke (Beispiele 2
bis 5) führt zu geringer verdichteten Formkörpern, die aufgrund
der homogenen Verteilung des Polyurethans für die beschriebenen
Verwendungen hervorragend geeignet sind.
Eine 500 × 200 mm2 große Matte aus Flachs/Sisal in einem
Verhältnis von 1 : 1 mit einem Flächengewicht von 1000 g/m2 wurde
mittels einer Handrolle mit 75 g eines mit Succrose gestarteten
Polyetherols mit einer Hydroxylzahl von 403 mg KOH/g (Lupranol®
3321 der BASF AG) imprägniert. Danach wurde die Matte ebenso mit
75 g Roh-MDI (Lupranat® M20W der BASF AG) mit einem NCO-Gehalt
von 31 Gew.-% imprägniert und anschließend in ein Prüfplatten
werkzeug der Größe 500 × 200 mm und variabler Dicke, die in der
Tabelle 2 angegeben ist, eingelegt und auf 120°C erhitzt. Nach
etwa 1 min schäumte das System auf. Nach 2 min konnte das Form
teil entnommen werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von flächigen Polyurethanform
körpern durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit gegenüber
Isocyanaten reaktiven Verbindungen und gegebenenfalls
Katalysatoren, Treibmitteln, Hilfs- und/oder Zusatzstoffen in
Gegenwart von porösen Flächengebilden, dadurch gekennzeich
net, daß man
- i) die porösen Flächengebilde mit den Polyurethankomponenten imprägniert,
- ii) die imprägnierten Flächengebilde vor dem Ausreagieren der Polyurethankomponenten in einem ersten Preßvorgang auf eine Dicke x1 preßt und
- iii) nach diesem ersten Preßvorgang die Umsetzung der Poly urethankomponenten in einer beheizbaren Form mit einer Dicke von x2, die das Flächengebilde in der Form einneh men kann, wobei x2 < x1 ist, weiterführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
den ersten Preßvorgang (ii) kontinuierlich durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dicke x1 1 bis 5 mm beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß x2 2 bis 15 mm beträgt.
5. Flächige Polyurethanformkörper erhältlich nach einem Ver
fahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Flächige Polyurethanformkörper nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Formkörper eine Dicke von 2 bis 15 in
aufweisen.
7. Flächige Polyurethanformkörper nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper durch Deckschich
ten kaschiert sind.
8. Verwendung der flächigen Polyurethanformkörper gemäß einem
der Ansprüche 5 bis 7 als Bau-, Verpackungs-, Möbel- oder
Fahrzeugbaumaterialien.
9. Bau-, Verpackungs-, Möbel- oder Fahrzeugbaumaterialien ent
haltend flächige Polyurethanformkörper gemäß einem der An
sprüche 5 bis 7.
10. Innenverkleidungen von Fahrzeugen enthaltend flächige Poly
urethanformkörper gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997128086 DE19728086A1 (de) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Flächige Polyurethanformkörper und Verfahren zu deren Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997128086 DE19728086A1 (de) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Flächige Polyurethanformkörper und Verfahren zu deren Herstellung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19728086A1 true DE19728086A1 (de) | 1999-01-07 |
Family
ID=7834320
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997128086 Withdrawn DE19728086A1 (de) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | Flächige Polyurethanformkörper und Verfahren zu deren Herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19728086A1 (de) |
-
1997
- 1997-07-02 DE DE1997128086 patent/DE19728086A1/de not_active Withdrawn
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