DE2029284C3

DE2029284C3 - Verfahren zur Herstellung von Polyätherurethanschaumstoffen

Info

Publication number: DE2029284C3
Application number: DE2029284A
Authority: DE
Inventors: Harry 3000 Hannover Kunz
Original assignee: Continental Gummi Werke AG
Current assignee: Continental AG
Priority date: 1970-06-13
Filing date: 1970-06-13
Publication date: 1982-08-19
Also published as: DE2029284A1; DE2029284B2

Description

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In der Polsterindustrie werden zwei Grundtypen von Schaumstoffen verarbeitet, die sich in ihren Polstereigenschaften grundsätzlich unterscheiden, und zwar einerseits Schaumgummi, auch Latex-Schaumstoffe genannt, die eine sehr vorteilhafte Polstercharakteristik aufweisen, weil ihre Belastungskurve vom Beginn der Stauchung an progressiv ansteigt Die andererseits verwendeten Polyätherurethanschaumstoffe zeigen demgegenüber im Verlauf der Polsterkurve einen sogenannten Sattel, der mehr oder minder stark ausgeprägt ist Der Verlauf der Belastungskurve von Polyätherurethanschaumstoffen zeigt, daß nach Erreichen einer bestimmten Stauchung eine zusätzliche Belastung zu einer nur relativ schwachen weiteren Stauchung führt und nach Überschreiten einer bestimmten Last die Progressivität der Stauchung wieder zunimmt.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Polstercharakteristik der Polyätherurethanschaumstoffe an die der Latex-Schaumstoffe anzugleichen. Ein wesentlicher Fortschritt in dieser Richtung gelang durch den Einbau von niedrigermolekularen Polyäthylenglykolen, die zu einer Porenöffnung und zu einer größeren Flexibilität führten.

Eine weitere Verbesserung gelang durch die Auswahl von Polyäthern mit einem Molekulargewicht über 3500 und einem hohen Anteil an primären OH-Gruppen von mehr als 50% und/oder tertiären Stickstoffatomen im Molekül, in Kombination mit rohem 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, ggf. im Gemisch mit Toluylendiisocyanat. Die daraus hergestellten Schaumstoffe härten ohne Zuführung äußerer Wärme ausreichend aus. Es entstehen hierbei jedoch geschlossenzellige Produkte, die nach dem Entformen und vor dem endgültigen (* Aushärten zum Zwecke der Porenöffnurig gestaucht werden müssen. Wird die Stauchung nicht oder nicht im Zustand eines bestimmten Reaktionsfortschrittes durchgeführt, so schrumpfen die erhaltenen Schaumstoffe unkontrolliert, und ihre physikalischen Eigenschaften to werden negativ beeinflußt

Diese unkontrollierbare Schrumpfung trat auch ein, wenn man versuchte, auf dem gleichen Wege Schaumstoffblöcke größeren Ausmaßes kontinuierlich zu fertigen. Hierbei !traten insbesondere in den Außenzonen des Schaumstoffblockes, bedingt durch seinen Umfang, Beeinträchtigungen der physikalischen Eigenschaften auf, und der für die Porenöffnung erwünschte Reaktionszustand konnte nur schwer erfaßt werden. War z. B. in den Außenzonen der optimale Reaktionszustand erreicht und wurde dann gestaucht, so war die Reaktion im Blockinneren so weit fortgeschritten, daß ein Stauchen, d. h. ein Aufbrechen der Zellwände, nicht mehr ausreichend möglich war. Richtete man sich umgekehrt nach dem Reaktionszustand im Inneren des Schaumstoffblockes und stauchte dann, so trat in den Außenbereichen ein Zusammenkleben der Porenwandungen und damit eine irreversible Verformung auf. Eine Übertragung der bei der Herstellung von Schaumstoff-Formkörpern angewendeten Maßnahmen auf die Herstellung von Schaumstoffblöcken erschien nur schwer durchführbar.

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Polyätherurethanschaumstoffen die Mischbedingungen der Herstellungsmaschinen die Einstellung vorausbestimmbarer Porenbilder ermöglichen. So wird beispielsweise ein uneinheitliches Porengefüge von groben und feinen Zellen durch das Zumischen von Luft oder Einstellen eines sehr geringen Staudruckes in der Mischkammer erhalten. Schäume mit einer derartigen gemischtztlligen Stuktur besitzen eine deutlich geringere Rückprallelastizität

Die Porengröße eines einheitlichen Porengefüges wird durch den Staudruck in der Weise bestimmt daß ein hoher Staudruck die Bildung großer Poren, ein geringerer Staudruck aber die Bildung kleinerer Poren bedingt Die Verformungscharakteristik solcher Schäume mit regulärzelliger Struktur nähert sich der von konventionellen Polyätherschäumen her bekannten S-förmigen Gestalt

Schließlich ist aus der FR-PS 15 40443 bekannt bei der Schaumstoffherstellung Zusätze von Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanat reaktionsfähigen Gruppen unterschiedlicher Reaktivität mitzuverwenden, und zwar in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent bezogen auf das Polyol. Insbesondere ist dabei 2-Amino-l-butanol genannt Diese Zusätze dienen jedoch dazu, eine Rißbildung innerhalb des Schaumstoffs zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitszustellen, mit dem Schaumstoffe mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Verformungscharakteristik und der Rückprallelastizität und fernerhin Schaumstoffblöcke hergestellt werden können, die eine verminderte Neigung zum Schrumpfen und damit eine größere Verarbeitungssicherheit bieten.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von Polyätherurethanschaumstoffen hoher Elastizität in Form von Blöcken durch Umsetzung von Polyäthern mit einem Molekulargewicht über 3500 mit mehr als 50%' primären OH-Gruppen und/oder tertiären Stickstoffatomen im Molekül, rohem 4,4'-DiphenylmethandiisQcyanat, gegebenenfalls im Gemisch mit Toluylendiisocyanat Aktivatoren, Wasser und/oder halogenierten Kohlenwasserstoffen mit Hilfe von Schäummaschinen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet daß man unter Zusatz von 1 bis 12 Gewichtsprozent bezogen auf den Polyäther, einer Verbindung mit mindestens einer primären Aminogruppe und mindestens einer Hydroxylgruppe im Molekül

verschäumt und man bei einem Mischkammerdruckbereich arbeitet, der zwischen dem zu einer einheitlichen und dem zu einer gemischtzelligen Porenstruktur führenden Mischkammerdruck liegt.

Dadurch erzielt man eine Schaumstruktur, die sowohl Bereiche mit regulärer Struktur wie auch Bereiche mit gemischtzelliger Struktur aufweist, wobei zu erwähnen ist, daß der erwähnte Mischkammerdruckbereich vom Maschinentyp und von der Förderleistung der Maschine abhängig, jedoch leicht empirisch zu ermitteln ist

Dies körnte auch nach Kenntnis der Lehre der FR-PS 1540443 nicht erwartet werden, dient doch hiernach der Zusatz von Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanat reaktionsfähigen Gruppen unterschiedlicher Reaktivität dazu, die Rißbildung im Schaumstoff zu verhindern. Auch werden dort andere Polyisocyanate als beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet Es war daher nicht zu erwarten, daß nach der erfindungsgemäßen Arbeitsweise Schaumstoffe erhalten werden, bei denen ein Aufreißen der Zellwände über einen längeren Zeitraum möglich ist

Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Verbindüngen mit mindestens einer primären Aminogruppe und mindestens einer Hydroxylgruppe im Molekül sind o- oder p-Aminobenzylalkohol sowie aus der aliphatischen Reihe das 2-Amino-l-butanol, 2-Aminopropanol, 3-Aminopropanoi und 2-Amino-2-methyl-l-propanol sowie als trifunktionelle Verbindung das 2-Amino-2-äthyl-13-propandiol.

Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Zusätze verleihen dem Schaumstoff eine größere Härte und eine verbesserte Festigkeit Zudem beeinflussen sie die Schäumreaktion dahingehend, daß der Schaum nach Verlassen des Transportbandes bzw. dem Ablösen der Begrenzungswände längere Zeit stabil bleibt, ohne eine Schrumpfung befürchten zu müssen.

Es wird angenommen, daß dieser Effekt in weitgehendem Maße dadurch erzielt wird, daß bei der Fertigung des Blockes durch das Zusammenspiel der Auswahl von Polyol und Polyisocyanat sowie dem Zusatz der Verbindung mit mindestens einer primären Aminogruppe und mindestens einer Hydroxylgruppe je nach Art und Menge und in gewissem Umfange auch durch Abstimmung der Misch- und Reaktionsbedingungen eine gemischtzellige Schaumstruktur mit offenen und geschlossenen Zellen entsteht, bei der die Zellmembranen des Anteils an geschlossenen Zellen so dünn ausgebildet sind, daß eine bleibende Schrumpfung vermieden wird und über einen langen Zeitraum — von mehreren Stunden oder Tagen — hinweg diese Membranen durch Stauchen geöffnet werden können. Zum Stauchen genügen hierbei bereits geringe Kräfte, wie sie z.B. beim Durchführen des Blockes durch Spaltmaschinen unter Anwendung von Führungswalzen angewendet werden.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

100 Gewichtsteile Polypropylenäther (mittleres Molekulargewicht etwa 4800, OH-Zahl etwa 35, Anteil an primären OH-Gruppen etwa 80%, bezogen auf die reaktionsfähigen OH-Gruppen) werden mit 3 Gewichtsteilen 2-Amino-l-butanol, 24,2 Gewichtsteilen rohem 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 24,2 Gewichtsteilen Toluylendiisocyana: (2,4- und 2,6- Isomerengemisch), 0,1 Gewichtsteilen Triäthylendiamin, 0,5 Gewichtsteilen permethyliertem Aminoäthylpiperazin und 2,7 Gewich >steden Wasser intensiv vermischt und zur Reaktion gebracht Die Verschäumung wurde mit einer Schäummaschine Typ UBT mit einer Förderleistung von 100 kg/Minute Polyol und einem Mischkammerdruck von 1,4 atü durchgeführt

ίο Es entsteht ein hochelastischer, weicher Polyätherurethanschaumstoff mit gemischtzelliger Struktur, dessen Anteil an geschlossenen Poren bei der weiteren Bearbeitung durch Stauchen leicht aufgebrochen werden kann. Für diesen Schaumstoff wurden die folgenden physikalischen Werte ermittelt:

Uaumgewicht

Stauchhärte, DIN 53 577,40%
Bruchdehnung, DlN 53 571
Druckverformungsrest, DIN 53 572, bei 22 Std. 70° C, 50%
Dauerschwingversuch, DIN 53 574, Änderung der Härtezahl nach
10 000 Stauchungen

40 kg/m³ 18 p/cm² ca. 130%

4%

unter 10%

Ein in gleicher Weise, jedoch ohne den Anteil an 2-Amino-l-butanol, hergestellter Schaum zeigt bereits wenige Minuten nach Abschluß der Treibreaktion Schrumpfungserschernungen, die, falls nicht unmittelbar gestaucht wird, irreversibel bleiben.

Beispiel 2

Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet mit dem Unterschied, daß 6 Gewichtsteile 2-Amino-l-butanol unter Erhöhung des Anteils an Polyisocyanaten auf je 24,8 Gewichtsteile verwendet und 2,2 Gewichtsteile Wasser sowie 5 Gewichtsteile Monofluortrichlormethan eingesetzt wurden.

Der erhaltene Schaum zeichnet sich gegenüber dem nach Beispiel 1 erhaltenen durch weiter verbesserte Elastizität und höheren Anteil an offenen Poren aus. Die noch verbliebenen, geschlossenen Poren werden größtenteils bei der Verarbeitung des Schaumes oder unter geringer Belastung bei erstmaligem Gebrauch aufgebrochen.

Beispiel 3

Es wurde wie im Beispiel 2 gearbeitet jedoch unter Verwendung von 5 Gewichtsteilen 2-Amino-2-äthyl-l,3-propandiol ansteile von 2-Amino-l-butanol. Die PoIyisocyanate wurden in einer Menge von jeweils 25,6 Gewichtsteilen eingesetzt

Der erhaltene Schaum liegt in seinen Härte- und Elastizitätseigenschaften zwischen denen der Schäume nach Beispiel 1 und 2.

In F i g. 1 sind die Belastungskurven des erfindungsgemäß hergestellten Schaumstoffs gemäß Beispiel 1 (Kurve 1) im Vergleich zu konventionellen Polyätherurethanschaumstoffen niederer Härte (Kurve 2) und höherer Härte (Kurve 3) im Diagramm dargestellt. Ein

ho Vergleich der Dauer-Stauchermüdung für den Schaum nach Beispiel 1 und einen herkömmlichen Polyätherurethanschaum ergibt sich aus den Kurven 4 bzw. 5 der Fig. 7.

Die Schaumstruktur ist im Modell deutlich erkennbar. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Polyätherurethanschaumstoffen hoher Elastizität in Form von s Blöcken durch Umsetzung von Polyethern mit einem Molekulargewicht Ober 3500 mit mehr als 50% primären OH-Gruppen und/oder tertiären Stickstoffatomen im Molekül, rohem 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, gegebenenfalls im Gemisch mit Toluylendiisocyanat Aktivatoren, Wasser und/oder halogenierten Kohlenwasserstoffen mit Hilfe von Schäummaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß man unter Zusatz von 1 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf den Polyäther, einer Verbindung mit mindestens einer primären Aminogruppe und mindestens einer Hydroxylgruppe im Molekül verschäumt und man bei einem Mischkammerdruckbereich arbeitet, der zwischen dem zu einer einheitlichen und dem zu einer gemischtzelligen Porenstruktur führenden Mischkammerdruck liegt