DE2110055A1

DE2110055A1 - Verfahren zur Herstellung von flammwidrigen weichelastischen Polyurethanschaumstoffen

Info

Publication number: DE2110055A1
Application number: DE19712110055
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. 5674 Bergisch-Neukirchen; Richert Karl-Hartwig Dr. 5090 Leverkusen; Maaßen Dieter Dr. 4047 Dormagen; Zarnack Uwe Dr. 5090 Leverkusen; Eifler Willi Dr. 5000 Köln Dahm
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1971-03-03
Filing date: 1971-03-03
Publication date: 1972-09-28
Also published as: IT952038B; FR2128562B1; DE2110055C3; DE2110055B2; BE780186A; NL7202623A; GB1360131A; ES400349A1; FR2128562A1

Description

2110055 FARBENFABRIKEN BAYER AG

LEVERKU S EN-Bayerwerk Patent- Abteilung

2. März Wi

Verfahren zur Herstellung von flammwidrigen weichelastischen Polyurethanschaumstoffen

Schaumstoffe mit den verschiedenartigsten physikalischen Eigenschaften werden nach dem Isocyanat-Polyadditionsverfahren aus Verbindungen mit mehreren aktiven Wasserstoffatomen, insbesondere Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen enthaltenden Verbindungen und Polyisocyanaten, gegebenenfalls unter Mitverwendung von Wasser, Aktivatoren, Emulgatoren, Schaumstabilisatoren und anderen Zusatzstoffen seit langem im technischen Maßstabe hergestellt (vergl. R. Vieweg, A. Höchtlen, Kunststoff-Handbuch, Bd. VII, Polyurethane, Garl-Hanser München 1966). Es ist nach dieser Verfahrensweise möglich, bei geeigneter Wahl der Komponenten sowohl elastische als auch starre Schaumstoffe bzw. alle dazwischen liegenden Varianten herzustellen.

Weichelastische Polyurethanschaumstoffe haben in breitem Umfang in der Polsterindustrie zur Herstellung von Sitz- und Rückenpolsterungen Einsatz gefunden. Von diesen Materialien erwartet man einen hohen Sitzkomfort, der vergleichbar ist mit dem von Schaumstoffen aus Naturlatex. Physikalisch läßt sich die Qualität des Polsterelements wiedergeben durch den Stauchfaktor, der im amerikanischen Schrifttum auch als Sag-Faktor bezeichnet wird (d. i. der Quotient aus der Härtezahl bei 65 ^iger und 25 #iger Eindrückung, wobei die gesamte Verformung während jeweiLs einer Minute konstant gehaLten wird) und

209840/0872

den Verlauf der Kraft-Verformungskennlinien. Der Stauchfaktor sollte für die Erzielung guter Polstereigenschaften einen Wert über 2,5 besitzen und die Kraftverformungskennlinien sollten kein Plateau aufweisen, d. h. es sollte bei geringen Kraftänderungen keine große bis sehr große, sondern nur eine geringe Änderung der Verformung eintreten. Es wurde schon versucht, den Stauchfaktor der Schaumstoffe durch Zugabe inerter Füllstoffe, wie Bariumsulfat oder Galciumcarbonat zu verbessern, jedoch hat dieses Verfahren große Mängel, da die Zugabe der Füllstoffe sehr schwierig ist und die übrigen Schaumstoffeigenschaften verschlechtert werden.

Weichelastische Polyurethanschaumstoffe sind von Natur aus nicht flammwidrig, sondern brennen leicht. Dieses ist für die Verwendung als Polstermaterial von erheblichem Nachteil. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, flammhemmende Zusatzstoffe in die Schaumstoffe einzubringen. Diese Zusatzstoffe können dabei in solche eingeteilt werden, die durch das Vorhandensein von funktioneilen Gruppen in das Schaumgerüst mit eingebaut werden und in solche, die infolge des Fehlens solcher Gruppen lediglich eingelagert werden und daher Weichmachern oder Füllstoffen vergleichbar -sind (siehe Kapitel 2.3·1Ο Flammhemmende Substanzen, Kunststoff-Handbuch - Vieweg/ Höchtlen Bd. VII, Polyurethane, Carl-Hanser-Verlag, München 1966).

Die bisher bekanntgewordenen flammhemmenden Zusatzstoffe weisen bei ihrem Einsatz in Polyurethanschaumstoffen mit niedriger Dichte und großer Oberfläche indessen schwerwiegende Nachteile auf. Im FaLIe der nicht in das Polyurethan-Polyharnstoff-Gerüst einbaufähigen Zusatzstoffe werden diese nur als weichmachende Verdünnungsmittel in das entstehende hochmolekulare Produkt eingelagert und bewirken dadurch häufig eine Verschlechterung erwünschter physikalischer Eigenschaften, wie gute ZerreißfestigkeLt, Dehnbarkeit, Tragfähigkeit sowie eine

Le A 15 ^r>32 - 2 -

209840/0872

Erhöhung der bleibenden Verformung nach mechanischer oder thermischer Belastung. Hinzu kommt, daß solche nicht einbaufähigen flammhemmenden Substanzen auf Grund ihres Dampfdrukkes im Laufe der Zeit aus den mit ihnen hergestellten Schaumstoffe-n geringer Dichte und großer Oberfläche herausdiffundieren und dadurch die flammschützende Wirkung dieser Produkte im Laufe der Zeit nachläßt. Da solche Verbindungen als selbst nicht brennbare Materialien ihre flammschützende Wirkung durch Verminderung des brennbaren Anteils des Schaummaterials oder Verdünnung der bei thermischer Belastung auftretenden brennbaren Spaltprodukte ausüben, müssen sie immer in relativ hohen Konzentrationen eingesetzt werden. Beispielsweise müssen bei Verwendung des Flammschutzmittels Tris-ßchloräthylphosphat zur Erzielung eines ausreichenden Flammschutzes im Polyurethanschaumstoff Mengen von 15 - 20 Gew.-TIn. pro 100 Gew.-Teile eingesetzter Polyolkomponente verwendet werden.

Bei der Verwendung von flammschützenden Zusatzstoffen mit in Polyurethanen einbaufähigen Gruppen treten oft bereits bei der Verschäumung Störungen auf. Diese äußern sich in einer Störung der inneren Zellstruktur oder in einem teilweisen oder vollständigen Zusammenfallen der noch nicht abgebundenen Schaumstoffe. Im fertigen Sciiaumstoff werden meist die mechanischen Eigenschaften, wie Dehnbarkeit, Tragfähigkeit und bleibende Verformung ungünstig beeinflußt, außerdem werden die Alterungseigenschaften stark verschlechtert.

Von einem weichelastischen Schaumstoff, der für Polsterzwecke optimal geeignet ist, ist demnach zu fordern, daß er flammwidrige Eigenschaften besitzt, einen Stauchfaktor über 2,5 hat und daß im Kraft-Verformungsdiagramm kein Plateau auftritt, d. h. daß bei Kraftänderungen nur geringe Änderungen in der Verformung eintreten.

Le A 13 532 - 3 -

209840/0872

In der Deutschen Offenle guage schrift 2 005 4-31 wurde bereits vorgeschlagen, Polyurethanschaumstoffe durch Umsetzung undestillierter Fhosgenierungsprodukte primärer Amine mit Aminzahlen von 87 ·» 168 mit einem polymeren Polyol in Gegenwart eines nicht polymeren Polyols als Vernetzungsmittel, eines Treibmittels und eines Katalysators, jedoch praktisch in Ab-p-Wesenheit eines Silicon-Stabilisators vom Typ der Polyoxyalkylenäther-polydimethylsiloxan-Blockmischpolymere herzustellen.

Dieses Verfahren besitzt aber erhebliche Nachteile, da das als Ausgängamaterial verwendete Polyisocyanat praktisch ein Rohprodukt ist, welches Polyisocyanate verschiedener Funktionalität in unterschiedlicher Menge enthält, und dae keine standardisierten Eigenschaften hat. Für die Herstellung von Schaumstoffe daraus bedeutet dies, daß laufend, im Extremfalle von Partie zu Partie dieses Isocyanats, Rezepturveränderungen vorgenommen werden müssen, um die Schwankungen in der Aktivität des Isocyanats auszugleichen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß diese Nachteile nicht auftreten, wenn destilliertes, handelsübliches Toluylendiisocyanat wie reines 2,4-Toluylendiisocyanat, Gemische aus 80 Gew.-# 2,4- und 20 Gew.-i» 2,6-Isomerengehalt oder mit einem Isomerengehalt von 65 Gew.-^ an 2,4- und 35 Gew.-j6 an 2,6-Isomeren, d. h. ein einfach oder doppelt destilliertes Toluylendiisocyanat,das frei von polymeren Isocyanaten ist, für die Schaumstoffherstellung verwendet wird. Solche Isocyanate haben stete eine konstante Aktivität, die " überdies noch durch bekannte, eng gefaßte Spezifikationsvor-Schriften festgelegt ist.

Neben der Tatsache, daß solche Isocyanate im Markt erhältlich sind, bietet das Verfahren auch noch den Vorteil, daß

Le A 13 532 - 4 -

209840/0872

durch gemeinsame Verwendung von Toluylendiisocyanaten mit 100 Gew.-# (sog. TDI 100), 80 Gew.-# (sog. TDI 80) oder 65 Gew.-^ (sog. TDI 65) an 2,4- Isomeren, etwa durch getrennte Förderung in die Mischkammer einer Verschäumungsmaschine, beliebige Zwischenwerte eingestellt werden können, wodurch die Aktivität des Isocyanate optimal auf die betreffende Aktivität des gesamten schäumfähigen Gemisches eingestellt werden kann. Nach dem Verfahren ist es möglich, neben dem Toluylendiisocyanat auch andere bi- oder höherfunktionelle Isocyanate in kleinen Mengen einzusetzen.

Neben den beschriebenen Polyisocyanaten werden für die Herstellung der Schaumstoffe Polyäther mit mindestens zwei OH-Gruppen und eignem Molekulargewicht von 1500 bis 10000, in denen mindestens 10 # der vorhandenen Hydroxylgruppen primäre Hydroxylgruppen sind, sowie niedermolekulare Vernetzungs- bzw. Kettenverlängerungsmittel mit aktiven Wasserstoff atomen im Molekulargewichtsbereich 18 bis 1500, Katalysatoren und Treibmittel, jedoch keine Schaumstabilisatoren vom Typ der üblichen Polyäther-polysiloxane, verwendet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von flammwidrigen, weichelastischen Polyurethanschaumstoffen durch Reaktion von Polyisocyanaten mit Polyäthern und Vernetzungs- bzw. Kettenverlängerungsmitteln vom Molekulargewicht 18 - 1500 in Gegenwart von Treibmitteln, Katalysatoren und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyisooyanat destilliertes Toluylendiisocyanat und als Polyäther solche, die mindestens zwei Hydroxylgruppen und ein Molekulargewicht von 1500 bis 10000 aufweisen und in denen mindeetens 10 Gew,-# der vorhandenen Hydroxylgruppen primäre Hydroxylgruppen darstellen, verwendet werden, wobei die Reaktion in Abwesenheit von Schaumstabilisatoren vom Typ der Polyätherpolyailoxane vorgenommen wird.

Le A 13 532 - 5 -

209840/0872

Als Polyisocyanate werden Toluylendiisocyanate verwendet,. oft wird mit den technischen Isomerengemischen, die z.B. aus 80 Gew.-# 2,4- und 20 Gew.-£ 2,6- oder aus 65 Gew.-^ 2,4- und 35 Gew.-# 2,6-Isomeren bestehen, gearbeitet. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, mit reinem 2,4- oder 2,6-Toluylendiisocyanat, bzw. auch mit ihren Gemischen mit den technischen Isomeren-Gemischen zu arbeiten. Das Toluylendiisocyanat kann bevorzugt auch im Gemisch mit anderen aromatischen Isocyanaten, wie 4,4^I-Diphenylmethandiisocyanat oder m-Phenylendiisocyanat oder mit den bekannten aliphatischen oder cycloaliphatischen Diisocyanaten verwendet werden, wobei deren Menge jedoch kleiner sein soll ala 50 Gew.-^ der gesamten Isocyanatmenge.

Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren sind ferner mindestens zwei OH-Gruppen aufweisende Polyätfaer mit einem Molekulargewicht von 1500 bis 10000, in denen mindestens 10 Gew.-io der vorhandenen Hydroxylgruppen primäre Hydroxylgruppen sind. Die primäre OH-GruppenbeStimmung wird durchgeführt entsprechend Gordon Hanna und Sidney Sigga, Journal Polymer Sei. YoI. 56, S. 297-304 (1962). Derartige Polyäther werden durch Umsetzung von Start-Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, mit Alkylenoxlden wie Äthylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Styroloxid oder Epichlorhydrin oder mit beliebigen Mischungen dieser Alkylenoxide und gegebenenfalls durch nachträgliche Modifizierung der entstandenen Polyäther mit Athylenoxid hergestellt.

Startverbindungen sind z.B. Polyalkohole und Phenole wie A'thylenglykol, Diäthylenglykol, Polyäthylenglykol, Propandiol-1,2, Propandiol-1,3, Butandiol-1,4, Hexandiol-1,6, Decandiol-1,10, Butin-2-diol-1,4, Glyzerin, Butandiol-2,4, Hexantriol-1,3,6, Trimethylolpropan, Resorcin, Hydrochinon, 4,6-Ditertiär-Butylbrenzkatechin, 3-Hydroxy-2-naphthol, 6,7-

Ie A 13 532 . - 6 -

209840/0872

Dihydroxy-1-naphthol, 2,5-Dihydroxy~1-naphthol, 2,2-Bis(p-hydroxyphenyl)propan, Bis-(p-hydroxyphenyl)-methan, oc _t σ< u;_T_ri_s (hydroxyphenyl)-alkane, wie z.B. 1_t1,2-Tris-(hydroxyphenyl)-äthan, T,1,3-Tris-(hydroxyphenyl )~propan.

Andere geeignete Polyäther sind die 1,2-Alkylenoxid-Addukte von Mono- oder Polyaminen, aliphatischer oder aromatischer Natur, wie Ammoniak, Methylamin, Äthylendiamin, N,N-Dimethyläthylendiamin, Tetra- oder Hexamethylendiamin, Diäthylentriamin, Äthanolamin, Diäthanolamin, Oleyl-diäthanolamin, Methyl-diäthanolamin, Triethanolamin, Aminoäthylpiperazin, o-, m- und p-Phenylendiamin, 2,4- und 2,6-Diaminotoluol, 2,6-Diamino-p-xylol, mehrkernige und kondensierte aromatische Polyamine wie 1,4-Naphthylendiamin, 1,5-Naphthylendiamin, Benzidin, Toluidin, 2,2'-Dichlor-4,4'-diamino-diphenylmethan_f 1-Pluorenamin, 1,4-Anthradiamin, 9»10-Diamino-phenanthren, 4,4^I-Diaminoazobenzol. Als Startmedien kommen weiterhin auch harzartige Materialien des Phenol- und Resoltyps infrage.

Alle diese Polyäther Bind bevorzugt unter Mitverwendung von Äthylenoxid aufgebaut* Die für das beanspruchte Verfahren verwendeten Polyäther sind dergestalt modifiziert, daß endständig mindestens 10 ia primäre OH-Gruppen resultieren. Die genannten Polyäther können auch durch Umsetzung mit weniger als äquivalenten Mengen an Polyisocyanaten modifiziert werden und damit Urethangruppen aufweisen.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden höhermolekularen Polyäther werden in Mischung mit niedermolekularen Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen im Molgewichtebereich 18 bis 1500 mit aktiven Wasserstoffatomen verwendet. Die Aufgabe dieser niedermolekularen Verbindungen bei der Verschäumung besteht darin, als Vernetzungs- bzw. Kettenverlängerungsmittel zu dienen.

Le A 15 552 - 7 -

209840/0872

Als niedermolekulare Vernetzungs- bzw. Kettenverlängerungsmittel werden z.B. aliphatisch^, cycloaliphatische oder aromatische Glykole oder Aminoglykole mit OH- bzw. OH- und NH-Gruppen und aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Amine verwendet. Beispiele für solche Verbindungen sind: Ithylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Propan-1,2-diol, Propan-1,3-diol, Dipropylenglykol, Thiodiglykol, Butandiol-1,2, -1,3, -2,3 und -1,4, 3-Chlorpropandiol-1,2, Pentandiol-1,5, 2-Methylpentandiol-2,4, 3-Methylpentandiol-2,4, 2,2-Dimethylpropandiol-1,3, Buten-2-diol-1,4, Butin-2-diol-1,4, Hexandiol-2,5, Cyclohexandiole, Hexandiol-1,6, N-Methy 1-äiäthanolamin, N-Ä'thyl-diäthanolamin, Diäthanolamin, Diisopropanolamin, N,N^f-Bis-(3-aminopropyl)äthylendiamin, N,N'-Bis-(2-aminopropyl)-äthylendiaaiin, N,N^f-Bis-(2-aminoäthyl)-äthylendiamin, 4,4'-Dimethylamino-diphenylmethan, 4,4'-Dirnethylamino-3,3'-dimethyl-diphenyl-methan, Hexantriole, Glyzerin, Triäthanolamin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Tris-(hydroxy-alkyl)-phosphite, Glukose, Bisphenol A, 4,4'-Diamino-diphenyl-methan, 2,4- bzw. 2,6-Diaminotoluol, oder auch Addukte (Molekulargewichte in der Regel von 200 bis 1500) von Alkylenoxiden wie Äthylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid'an derartige niedermolekulare Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen oder an Wasser.

Die Herstellung der selbstverlöschenden Polyurethanschaumstoffe erfolgt nacii dem' bekannten one-shot-Verfahren. Nach diesem Verfahren erfolgt die Schaumstoffherstellung bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur durch einfaches Vermischen der Polyisocyanate mit den höhermolekularen Polyolen und Ver-^S netzungs- bzw. Kettenverlängerungsmittel, wobei Wasser und/ oder organische Treibmittel, gegebenenfalls Emulgatoren und andere Hilfsstoffe mitverwendet werden. Hierbei bedient man sich vorteilhafterweise maschineller Einrichtungen, wie sie z.B. in der französischen Patentschrift 1 074 713 bzw. Verfahren, wie sie in der deutschen Patentschrift 881 881 be-

Le A 13 532 - 8 -

209840/0872

schrieben sind.

Als Emulgatoren eignen sich z.B. Äthylenoxid- bzw. Äthylenoxid/Propylenoxidaddukte an hydrophobe Hydroxyl-, Hydroxyalkylen- oder -aminogruppen bzw. Amidogruppen enthaltende Substanzen. Als Katalysatoren für die Herstellung von flammwidrigen Schaumstoffen werden tertiäre Amine und/oder SiIaamine, N-substituierte Aziridine oder Hexahydrotriazine eingesetzt, gegebenenfalls in Kombination mit organischen Metallverbindungen, die einen unterschiedlichen Beitrag zur Beschleunigung der einzelnen bei der Schaumstoffbildung ablaufenden Teilreaktionen liefern. Während Amine bevorzugt die Treibreaktion katalysieren, wirken organische Metallverbindungen vorzugsweise auf die Vernetzungsreaktion ein. Je nach Konstitution der eingesetzten Amine bzw. Silaamine kann dabei der katalytische Wirkungsgrad auf die Treibreaktion, d. h. z.B. die Reaktion zwischen Isocyanat-Gruppen und Wasser unter Abgabe von Kohlendioxid verschieden stark sein. Zur Erzielung von verschäumungstechnisch günstigen Reaktionszeiten wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Konstitution des gewählten Katalysators oder des Katalysatorgemisches die einzusetzende Menge empirisch ermittelt. Als Amine können solche für die Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen wohlbekannten Verbindungen eingesetzt werden, wie beispielsweise Dime thylbenzylamin, N-Methylmorpholin, Triäthylendiamin, Dimethylpiperazin, 1,2-Dimethylimidazol, Dimethylaminoäthanol, Diäthanolamin, Triäthanolamin, Diäthylaminoäthanol, N,N,N',N'-Tetramethyl-I,3-butandiamin, N-Methyl-N»-dimethylamino-äthyl-piperazin, Pentamethyldiäthylentriamin, N,N'-Bis-(3-aminopropyl)-äthylendiamin, N,N*-Bis-(2-aminopropyl)-äthylendiamin, N,N»-Bis-(2-aminoäthyl)-äthylendiamin. Die Amine können sowohl in reiner Form als auch im Gemisch mit Oxira-

nen, wie Propylenoxid, Butylenoxid, Styroloxid,^-Phenoxypropylenoxid, ir-Allyloxypropylenoxid verwendet werden. Als

Le A 13 532 - 9 -

209840/0872

Silaamine kommen Siliciumverbindungen in Frage, die Kohlenstoff-Silicium-Bindungen enthalten, wie sie z.B. in der Deutschen Patentschrift 1 229 290 beschrieben werden. Als Beispiele seien erwähnt: 2,2,4-Trimethyl-2-silamorpholin, 1,3-Diäthylaminomethyl-tetramethyl-disiloxan. Es sei aber auch auf stickstoffhaltige Basen wie Tetraalkylammoniumhydroxide sowie Alkalien, Alkaliphenolate oder Alkoholate wie Natriummethylat hingewiesen. Die gegebenenfalls in Kombination mit Aminen, Silaaminen und Hexahydrotriazineη gemäß der belgischen Patentschrift 730 356 eingesetzten organischen Metallverbindungen sind bevorzugt organische Zinnverbindungen, z.B. Zinn(ll)-octoat oder Dibutylzinn-dilaurat.

Zusatzstoffe zur Regulierung von Porengröße und Zellstruktur lassen sich ebenso mitverwenden wie auch Füllstoffe, flammwidrige Zusatzstoffe, Farbstoffe oder Weichmacher der an sich bekannten Art.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaumstoffe werden beispielsweise als Polstermaterialien, Matratzen, Verpackungsmaterialien, stoßabsorbierende Automobilteile, Folien für Kaschierzwecke und als Isoliermaterialien verwendet. Die verwendeten Schaumstoffe können dabei entweder nach dem Formverschäumungsverfahren hergestellt oder durch Konfektionierung aus blockgeschäumten Materialien erhalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch folgende Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

100 Grewichtsteile eines linearen Polypropylenoxid-Äthylenoxid-Polyäthers auf Basis Propylenglykol mit 65 Gew.-#, be-

Le A 13 532 - 10 -

209840/0872

zogen auf alle OH-Gruppen, endständigen primären OH-Gruppen und einer Hydroxylzahl von 28 werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,3 Gewichtsteilen 1,4-Diaza-bicyclo-2,2,2-octan, 6 Gewichtsteilen Butandiol-1,4, 30,6 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat mit 80 Gew.-<fo 2,4- und 20 Gew.-# 2,6-Isomerem und 7,6 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat mit 65 Gew.-^ 2,4- und 35 Gew.-$ 2,6-Isomerem zu einem hochelastischen weichen Polyurethanschaumstoff umgesetzt, der folgende Eigenschaften hat.

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m⁵) 46

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 1,1

Bruchdehnung - DIN 53571 ($) 230

Stauchhärte (40 # Kompression) - DIN 53577 (p/cm²) 15 Stauchfaktor 2,7

Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 T:

mittlere Abbrandlänge (mm) 23

mittlere Verlöschzeit (see) 17

Beispiel 2

100 Gewichtsteile eines Propylenoxid-Polyäthylenoxid-Polyäthers auf Basis Trimethylolpropan und Hexantriol mit 67 Gew.-#, bezogen auf alle OH-Gruppen, endständigen primären OH-Gruppen und einer Hydroxylzahl von 35, 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,3 Gewichtsteile 1,4-Diaza-bicyclo-2,2,2-octan, 4 Gewichtsteile Butandiol-1,4 und 34,5 Gewichtsteile Toluylendiisocyanat (80 Gew.-# 2,4- und 20 Gew.-# 2,6-Isomeres) werden der Mischkammer einer Verschäumungsmaschine zugeführt, in der unter 1 atü Luft eingeblasen wird. Nach einer Startzeit von 10 Sekunden beginnt die Schaumbildung, die nach 110 Sekunden beendet ist. Der erhaltene weiche, hochelastische Polyurethanschaumstoff besitzt folgende Eigenschaften:

Le A 13 532 - 11 -

209840/0872

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m⁵) 38

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 0,8

Bruchdehnung - DIN 53571 W 210

Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²) 15

(40 io Kompression)

Stauchfaktor 2,9 Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 T:

mittlere Abbrandlänge (mm) 25

mittlere Verlöschzeit (see) 14

Beispiel 3

100 Gewichtsteile eines Propylenoxid-Polyäthylenoxid-Polyäthers auf Basis Glyzerin mit einer Hydroxylzahl von 35,5 und 72 Gew.-^, bezogen auf alle OH-Gruppen, primären OH-Gruppen werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,3 Gewichtsteilen Triäüiylßndi/amin, ₆ Gewichtsteilen Diäthylenglykol und 40,4 Gewichtsteilen Toluylendxisocyanat (-65 Gew.-# 2,4- und 35 Gew.-$ 2,6-Isomeres) zu einem weichen, hochelastischen Polyurethanschaumstoff vermischt, der folgende Eigenschaften aufweist:

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m⁵) 42

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 0,9

Bruchdehnung - DIN 53571 (%) 130 Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²)

(40 $ Kompression) 35

Stauchfaktor 3,1 Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 T:

mittlere Abbrandlänge (mm) 66

mittlere Verlöschzeit (see) 44

Le A 13 532 - 12 -

209840/0872

Beispiel 4

100 Gewichtsteile des in Beispiel 2 beschriebenen Polyäthers werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,3 Gewichtsteilen Triäthylendiamin, 4,0 Gewichtsteilen Äthylenglykol und 33,8 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (65 Gew.-# 2,4- und 35 Gew.-# 2,6-Isomeres) in der Mischkammer einer Verschäumungsmaschine vermischt. Nach 11 Sekunden trübt sich die Mischung, die nach weiteren 110 Sekunden fertig aufgeschäumt ist. Der hochelastische, weiche Polyurethanschaumstoff besitzt folgende Eigenschaften:

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m⁵) 44

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 1,2

Bruchdehnung - DIN 53571 (#) 270 Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²)

(40 # Kompression) 23

Stauchfaktor 3,1 Brandteät nach ASTM D 1692 - 67 Ti

mittlere Abbrandlänge (mm) 35

mittlere Verlöschzeit (see) 25

Beispiel 5

100 Gewichtsteile eines linearen Propylenoxid-Äthylenoxid-Polyäthers mit der Hydroxylzahl 25,8 und 70 Gew.-^, bezogen auf alle OH-Gruppen, primären Hydroxylgruppen werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,8 Gewichtsteilen N-Methyl-N¹-dimethyl-aminoäthyl-piperazin, 3,0 Gewichtsteilen Glyzerin und 31,2 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (80 Gew.-# 2,4- und 20 Gejw.-$ 2,6-Isomeres) zu einem elastischen Schaumstoff umgesetzt, 4er folgende Eigenschaften besitzt:

Le A 13532 - 13 -

209840/08^F,2

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m³) 35

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 0,8

Bruchdehnung - DIN 53571 W 250

Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²) 6

■ (40 io Kompression)

Stauchfaktor 3,0 Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 T:

mittlere Abbrandlänge (mm) 25

mittlere Verlöschzeit (see) 15

Beispiel 6

100 Gewichtsteile eines Propylenoxid-Äthylenoxid-Polyäthers nach Beispiel 2 werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,5 Gewichtsteilen N,N^r,N^M-Pentamethyl-diäthylentriamin, 0,5 Gewichtsteilen Dimethylbenzylamin, 0,5 Gewichtsteilen äthoxyliertem-Benzyl-hydroxydiphenyl, 3,0 Gewichtsteilen Glyzerin und 35,1 Gewichtsteilen 2,4- Toluylendiisocyanat zu einem weichen hochelastischen Polyäthersehaumstoff mit guten physikalischen Eigenschaften umgesetzt. Dieser hat einen Stauchfaktor von 2,8 und weist nach dem ASTM-Test D 1692 - 67 T eine mittlere Abbrandlänge von 25 mm und eine mittlere Verlöschzeit von 17 see auf.

Beispiel 7

100 Gewichtsteile eines Propylenoxid-Polyäthylenoxid-Polyäthers auf Basis Glyzerin mit 75 Gew.-56, bezogen auf alle OH-Gruppen, endständigen primären Hydroxylgruppen und einer Hydroxylzahl von 56 werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,3 Gewichtsteilen Triäthylentriamin, 5 Gewichtsteilen Thiodiglykol, 30,1 Gewichtstexlen Toluylendiisocyanat mit 80 Gew.-96 2,4- und 20 Gew.-# 2,6-Isomerem und 7,5 Gewichtsteilen

Le A 13 532 -H-

209840/0872

Toluylejidiisocyanat mit 65 Gew.-$ 2,4 und 20 Gew.-$ 2,6-Isomerem zu einem weichen, hochelastischen Polyurethanschaumstoff mit guten physikalischen Eigenschaften umgesetzt. Der erhaltene Schaumstoff hat einen Stauchfaktor von 2,9 und weist nach dem ASTM-Test D 1692 - 67 T eine mittlere Abbrandlänge von 27 mm und eine mittlere Verlöschzeit von 16 see auf.

Beispiel 8

100 Gewichtsteile eines Polypropylenoxid-Polyäthylenoxid-Polyäthers auf Basis Trimethylolpropan und Hexantriol mit einer Hydroxylzahl von 36 und einem Anteil von 56,0 Gew.-^, bezogen auf alle OH-Gruppen, primären Hydroxylgruppen werden mit 2,5 Gewichtsieilen Wasser, 0,3 Gewichtsteilen Triäthylendiamin, 4- Gewichtsteilen Pentandiol-1,5 und 28,1 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (65 Gew.-% 2,4- und 35 Gew.-Jd 2,6-Isomeres) zu einem weich-elastischen Polyätherurethanschaumstoff umgesetzt.
Dieser besitzt folgende Eigenschaften:

Raumgewicht - DIK 53420 (kg/m³) 48

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 1,4

Bruchdehnung - DIN 53571 W 455 Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²)

(40 i» Kompression) 24

Stauchfaktor 3,0 Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 T:

mittlere Abbrandlänge (mm) 74

mittlere Verlöschzeit (see) 61

Beispiel 9

100 Gewichtsteile eines verzweigten Polyäthers aus Trimethyl-

Le A 13 532 - 15 -

209840/0872

olpropan, Hexantriol, Butylenoxid-1,2 und Äthylenoxid mit einer Hydroxylzahl von 33,6 und 66 Gew.-^, bezogen auf alle OH-Gruppen, primären Hydroxylgruppen werden mit 3,0 Gewichtsteilen Butin(2)-diol-1,4, 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,3 Gewichtsteilen Triäthylendiamin und 36,6 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (80 Gew.-^ 2,4- und 20 Gew.«-# 2,6-Isomeres) in der Mischkammer einer Verschäumungsmaschine vermischt, in der noch zusätzlich unter 1 atü Druck Luft eingetragen wird und in eine Form gefüllt, in der die Schaumbildung erfolgt. Der fertige hochelastische, weiche Polyätherschaumstoff hat folgende Eigenschaften:

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m·⁵) 30

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 1,3

Bruchdehnung - DIN 53571 W 385 Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²)

(40 i» Kompression) 9

Stauchfaktor 2,9 Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 T:

mittlere Abbrandlänge (mm) 51

mittlere Verlöschzeit (see) 23

Beispiel 10

100 Gewichtsteile eines Propylenoxid-Äthylenoxid-Polyäthers nach Beispiel 2 werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,3 Gewichtsteilen Triäthylendiamin, 8,0 Gewichtsteilen 3-Chlorpropandiol-1,2 und 38,9 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (65 Gew.-# 2,4- und 35 Gew.-# 2,6-Isomeres) zu einem weichen Polyurethanschaumstoff umgesetzt. Dieser Schaumstoff besitzt einen Stauchfaktor von 3,0 und hat nach der ASTM-Methode D 1692 - 67 T eine mittlere Abbrandlänge von 23 mm und eine mittlere Verlöschzeit von 13 Sekunden.

Le A 13 532 - 16 -

209840/0872

Beispiel 11

10O Gewichtsteile eines trifunktionellen Polyäthers aus Phloroglucin, Propylenoxid und Äthylenoxid mit der Hydroxylzahl 46 und 68 Gew.-#, bezogen auf alle QH-Gruppen, primären Hydroxylgruppen werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,3 Gewichtsteilen Triäthylendiamin, 5,0 Gewichtsteilen Diethanolamin und 38,2 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (80 Gew.-2,4- und 20 Gew.-^ 2,6-Isomeres) zu einem weichen hochelastischen Polyurethanschaumstoff umgesetzt, der einen Stauchfaktor von 3,1 aufweist und der nach dem ASTM-Test D 1692 - 67 T selbstverlöschend ist. Der Schaumstoff hat eine mittlere Abbrandlänge von 46 mm und eine mittlere Verlöschzeit von 33 see.

Beispiel 12

100 Gewichtsteile eines schwach verzweigten Propylenoxid-Äthylenoxid-Polyäthers auf Basis Trimethylolpropan und Dipropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von 42 und 12 Gew,-#, bezogen auf alle OH-Gruppen, primären Hydroxylgruppen werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,3 Gewichtsteilen Triäthylendiamin, 1 Gewichtsteil 1-Amino-propanol-2 und 52 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (80 Gew.-# 2,4- und 20 ^ew.-# 2,6-Isomeres) zu einem weichen, hochelastischen Polyurethanschaumstoff umgesetzt. Dieser hat einen Stauchfaktor von 2,8 und ist nach dem ASTM-Test D 1692 - 67 T selbstverlöschend; er hat eine mittlere Abbrandlänge von 30 mm und eine mittler.e Verlöschzeit von 21 see.

Beispiel 13

100 Gewichtsteile des in Beispiel 2 beschriebenen Propylenoxid-Äthylenoxid-Polyäthers werden gleichzeitig mit 2,5

ue A 13 532 - 17 -

209840/0872

Gewichtsteilen Wasser, 3,5 Gewichtsteilen Diisopropanolamin, 1,0 Gewiohtsteilen Triäthanolamin, 4,5 Gewichtsteilen einer Lösung bestehend aus 28 Gewichtsteilen des in Beispiel 2 beschriebenen Propylenoxid-Äthylenoxid-Polyäthers, 1 Gewichtsteil Diäthylenglykol und 1 Gewichtsteil Triäthylendiamin sowie 36,7 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (80 Gew.-# 2,4- und 20 Gew.-^ 2,6-Isomeres) der Mischkammer einer Verschäumungsmaschine zugeführt, in die gleichzeitig Luft mit 1 Atmosphäre Überdruck eingeleitet wird. Das aus der Mischkammer austretende schäumfähige Gemisch wird auf das Förderband der Maschine gebracht, aui dem die Schaumbildung nach 10 Sekunden einsetzt und nach weiteren 100 Sekunden abgeschlossen ist. Der entstandene hochelastische weiche Polyätherschaumstoff hat folgende Eigenacnaften:

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m³) 41

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 0,7

Bruchdehnung - DIN 53571 (#) 135

Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²) 18

(40 ia Kompression·)

Stauchfaktor 3,4

Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 Ti

mittlere Abbrandlänge (mm) 44

mittlere Verlöschzeit (see) 47

Beispiel 14

100 Gewichtsteile des in Beispiel 2 beschriebenen Propylenoxid-Ä'thylenoxid-Polyäthers werden zusammen mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 1,5 Gewichtsteilen N-Methylmorpholin, 0,2 Gewichtsteilen N-Methyl-N¹-dimethylaminoäthyl-piperazin, 1,0 Gewichtsteilen Diisopropanolamin, 3,0 Gewichtsteilen Glyzerin und 32,6 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat

Le A 13 532 - 18 -

209840/0872

(80 Gew.-# 2,4- und 20 Gew.-# 2,6-Isomeres) der Mischkammer einer Verschäumungsmaschine zugeführt, in der nooh unter 1 Atomosphäre Druck Luft eindosiert wird. Das schäumfähige Gemisch läuft auf das Transportband, auf dem die Schaumbildung kontinuierlich vonstatten geht. Der erhaltene hochelastische weiche Polyurethanschaumstoff hat folgende Eigenschaften:

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m³) 41

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 0,7

Bruchdehnung - DIN 53571 (?δ) 175 Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²)

(40 fo Kompression) 9

Stauchfaktor ■ 3,2 Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 T:

mittlere Abbrandlänge (mm) 36

mittlere Verlöschzeit (see) 18

Beispiel 15

100 Gewichtsteile des in Beispiel 2 beschriebenen Propylenoxid-Äthylenoxid-Polyäthers werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 5 Gewichtsteilen Butandiol-1,4, 2 Gewichtsteilen Triäthanolamin, 5 Gewichtsteilen eines Gemisches aus Dirne thylbenzylamin und 6-Phenoxypropylenoxid (Molverhältnis ItI), 21 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat (65 Gew.-# 2,4- und 35 Gew.-^ί 2,6-Isomeres) vermischt und die homogene Mischung in eine Form gegeben, in der die Schaumbildung erfolgt. Der entstandene weiche hochelastische Polyurethanschaumstoff hat einen Stauchfaktor von 3,2 und ist selbstverlöschend; nach dem ASTM-Test D 1692 - 67 T hat er eine mittlere Abbrandlänge von 29 mm und eine mittlere Verlöschzeit von 22 Sekunden.

Le A 13 532 - 19 -

209840/0872

Beispiel 17

100 Gewichtsteile eines Propylenoxid-Äthylenoxid-Polyäthers auf Basis Trimethylolpropan und Hexantriol mit 78 Gew.-^, bezogen auf alle OH-Gruppen, endständigen primären OH-Gruppen und einer Hydroxylzahl von 35,4 werden in der Mischkammer einer Verschäumungsmaschine mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,5 Gewichtsteilen Triäthylendiamin, 1,0 Gewichtsteilen Hydroxyäthyl-äthylendiamin, 16,5 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat mit 80 i» 2,4-- und 20 $> 2,6-Isomeren und 16,5 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat mit 65 i° 2,4- und 35 # 2,6-Isomeren vermischt. Der entstandene hochelastische, weiche Polyurethanschaumstoff hat folgende Eigenschaften:

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m⁵) 35 Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 0,5

Bruchdehnung - DIN 53571 (#) 130 Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²)

(40 io Kompression) 15

Stauchfaktor 3,2 Brandtest nach ASTM - D 1692 - 67 Ti

mittlere Abbrandlänge (mm) 33

mittlere Verlöschzeit (see) 24

Beispiel 18

100 Gewichtsteile des in Beispiel 17 beschriebenen Propylen-s oxid-Ä'thylenoxid-Polyäthers werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,2 Gewichtsteiien Triäthylendiamin, 5,0 Gewichtsteilen 4,4'-Dimethylamino-diphenylmethan, 17,0 Gewichtsteiien Toluylendiisocyanat mit 80 Gew.-^ 2,4- und 20 Gew.-^ 2,6-Isomeren und 17,0 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat mit 65 Gew.-# 2,4- und 35 Gew.-# 2,6-Isomeren vermischt, wodurch.

Le A 13 532 - 20 -

209840/0872

ein weicher, hochelastischer Polyurethanschaurastoff entsteht, der folgende Eigenschaften hat»

Raumgewicht - J)IN 53420 (kg/m³) 40

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 0,7

Bruchdehnung - DIN 53571 (#) 170 Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²)

(40 # Kompression) 3_f3 Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 T:

mittlere Abbrandlänge (mm) 35

mittlere Verlöschzeit (see) 20

Beispiel 19

100 Gewichtsteile des in Beispiel 17 beschriebenen Propylenoxid-Xthylenoxid-Polyäthers werden mit 2,5 Gewichtsteilen Wasser, 0,2 Gewichtsteilen Triäthylendiamin, 5,0 Gewichtsteilen 4,4'-Dimethylamino-3,3^t-dimethyl-diphenyl~methan, 16,8 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat mit 80 Gew.-5i 2,4- und 20 Gew.-96 2,6 Isomeren und 16,8 Gewichtsteilen Toluylendiisocyanat mit 65 Gew.-# 2,4- und 35 Gew.-96 2,6-Isomeren innig vermischt. Nach einer Startzeit von 12 Sekunden beginnt die Schaumbildung, die nach 120 Sekunden abgeschlossen ist. Es hat sich ein weicher hochelastischer Polyurethanschaumstoff gebildet, der folgende Eigenschaften besitzt:

Raumgewicht - DIN 53420 (kg/m⁵) 37

Zugfestigkeit - DIN 53571 (kp/cm²) 0,5

Bruchdehnung - DIN 53571 (#) 115

Stauchhärte - DIN 53577 (p/cm²)

(40 # Kompression) 22

Stauchfaktor - 3,1

Brandtest nach ASTM D 1692 - 67 T: mittlere Abbrandlänge (mm) 32

mittlere Verlöschzeit (see) 18.

Le A 13 532 - 21 -

209840/0872

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herateilung von flammwidrigen, weichelastiaohen Polyuretbanachaumstoffen durch Reaktion von Polyisocyanaten mit Polyethern und Vernetzungs- bzw. Kettenverlängerungsmitteln vom Molekulargewicht 18 - 1500 in Gegenwart von Treibmitteln, Katalysatoren und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß als PoIyisocyanat destilliertes Toluylendiisocyanat und als Polyäther solche, die mindestens zwei Hydroxylgruppen und ein Molekulargewicht von 1500 bis 10 000 aufweisen und in denen mindestens 10 Gew,-# der vorhandenen Hydroxylgruppen primäre Hydroxylgruppen darstellen, verwendet werden, wobei die Reaktion in Abwesenheit von Schaumstabilisatoren vom Typ der Polyätherpolysiloxane vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Polyisocyanat reines 2,4- Toluylendiisocyanat oder ein Gemisch von 2,4- Toluylendiisocyanat mit 2,6-Toluylendiisocyanat verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyisocyanat Gemische aus Toluylendiisocyanat und aliphatischen, cycloaliphatischen oder anderen aromatischen Isocyanaten verwendet werden, wobei deren Menge jedoch kleiner als 50 Gew.-?i der gesamten Isocyanatmenge sein soll.

Ie A 13 532 - 22 -

209840/0872