DE2204036A1

DE2204036A1 - Polyurethanschaum

Info

Publication number: DE2204036A1
Application number: DE19722204036
Authority: DE
Inventors: James R Brock; C Edward Terry
Original assignee: Textile Rubber & Chem Co
Current assignee: Textile Rubber & Chem Co
Priority date: 1971-11-03
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1973-05-17
Also published as: AU4714572A; NL7201322A; GB1376531A; BE779154A; JPS4858096A

Description

üalton,'Georgia / V.Sfa.A,

Unser Zeichen: T 1128

Polyurethanschaum

Die Erfindung betrifft einen Polyurethanformschaum, der direkt auf die Unterseite eines vorher getuftoten primären Teppichunterlagematerials aufgebracht werden kann unter Bildung eines integralen Teppichpolsters für das Teppichmaterial ϊ sie betrifft insbesondere einen Polyurethanformschaum, der strukturell und chemisch im wesentlichen beständig, jedoch bei Umgebungstemperaturen bearbeitbar ist_t

Konventionelle Urethanschäume werden hergestellt durch Umsetzung oiner di- oder polyfunktionellen Hydroxyverbindung mit einem Diisocyanate, wie z.B. Toluoldiinooyanat. Früher wurdcm flexible Schäume aus Polyestermatoriulien hergosbellb, in dem leLzben Jahren haben jedoch Polyäthcv auf Basis von Ithylenoxyd und Propylenoxyd Eingang in dio PoIyucethanindusbrie Gefunden. I)ar?,oib gibb es drei Ilaupbverfahren für die floidblo üchaumhernböllung: (a) das Pr

Dr.Hn/ju

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merisatverfahron, (b) da« ileraiprepoLyflieriaabvorf ahren und (c) daoOno-fihob-Ver fahren«, Bei dom One-ühob-Ver fahren worden die verschiede non ücbaumkomponenben g Leichte. L big ηιίί;einander gemischt und bei dom PrepoLymyrianb- und ftemi-· prepoiymerisatverfahron v/trd die gesamte Hydroxy verbindung oder ein Teil davon mit einem Überschuß an Diisooyanab vor dom Vorschäumen umgosebzb unber BiLduiig entweder eines Propoiynierisnt» mib endsbandigem Isocyanab oder eines niedermolekularen Polymerisats mib einer vorhälfcni«mäßig niedrigen Viskosität, gelöab in dem überschüssigen Diisocyanab. Bei jedem dieser Verfahren läufb die Koakbion achnell volle bändig ab, wenn einmal die gesamben Reakbanben zusammengebracht; sind, so daß Gasblasen, die in sibu Kur Bildung der Zellen des Schaums erzeugt v/erden, clngofjchlossen und zuriickgehalben v/erden. In£*olgodeijr»en

läuft das Aushärten des Materials imd die Zunahme dor Viskosität der Mischung der Eeaktanben und der Eeakbionsprodukte schnell ab. Es wurde nun gefunden, daß die Geschwindigkeit der Reaktion häufig Probleme und Schwierigkeiten mit der Oberflächentextur und der Endgröße und Endform des geschäumten Materials aufwirft·

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Polyurebhanformschaum (polyurethane-forming froth) anzugeben, der bei Umgebungsbedingungsn auf eine Oberfläche aufgebracht und offen aufgebragen v/erden kann zu einer gleichmäßigen Dicke. Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer bevorzug ben Ausführungsform hervor.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Polyurethanformschc\um, der im wesentlichen sbrukbureLL und chemisch beständig, jedoch bei Umgobmigsbodliigungen bearbeibbar ist. Die Iioffiixmenbon dor Ueakbionsmisohung könri.;n transport; ierb

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oder temporär gelagert und drum gewünachtenfallG gemischt, verschäumt und schnell zu einem nicht-klebrigen Schaum unter Anwendung von Wärme oder durch Erhöhung der Temperatur den Schaumes auf mindestens 7O⁰C ausgehärtet werden. . J)(jr Schaum enthält eine im wesentlichen nicht-wäßrige Mischung aus beständigen Polyuretlumcschaiimkomponenten, einem .Silicon-Surfactant für die .strukturene Stabili sierung des Schauines In» er durch Erhitzen ausgehärtet ist, einen Polyurethanlu'.talysator und ein inerten Gas, wie z.B. Luft, dan innerhalb der Mischung in Form von kleinen Blasen untei' [Bildung von Zellen gleichmäßig dinperßiert ist. Die 1>oi3tändi^en polyurethanhilelenden Komponenten l>efitehen aus einem polymeren PolyiHocyanat und einer polymeren Hyaroxvverbindun^j die erßt hei einer Temperatur von mindestens 7ΟΌ i)rakti.;'c]j miteinander reagieren. Der Schaiumnischunß können auch konventionelle Zusätze zur Erzielung spezieller Effekte oder erwünschte Eigenschaften in dem Schaum zugesetzt werden. Bei.-* apiele für solche Zusätze ßind Färbemittel, Füllstoffe und

Die Viskosität einer Mischung der erfindungsgemäßen. Polyurethan-bildenden Komponenten, des Surfactant und des Kataly~ ßntors übersteigt einen Wert von etwa 10 000 cP in 2400 Sekunden nicht, wenn die Mischung bei einex· iPemperatur von etwa 25°0 gehalten wird. Die Materialien sind in dieser !festmischung in den gleichen relativen Mengen wie in der Mischung des orfindungsgeraäßen Schaumes vorhanden. Ein aus diesen. Materialien hergestellter Schaum wird schnell hitzegehärtet, wenn ein O,G35 cm (1/4 inch) dicker Abschnitt des Materials innerhalb von etwa 30 Minuten bei etwa 125°G zu einem nichtklebrigen Zustand aushärtet.

Bei der"erfindungsgemäßen polymeren Polyisocyanatkomponente handelt es f.;ich um ein Polymethylenpolyphenylisocyanat, beispielsweise das nicht-destiliierte Produkt, das von einer

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Anilin-Formaldehyd-Kondensationsreaktion und der nachfolgenden Phosgenierung abgeleitet ist. Ein solches Produkt umfaßt Diphenylmethan-4,4'-diiBocyanat und seine Analogen mit einer Funktionalität zwischen 2 und 3· Zwei dieser Materialien sind folgende:

NGO NCO

NCO

Das nicht-destillierte Produkt ist besonders bevorzugt, da bei diesem Produkt eine verhältnismäßig geringe Verdanpfungsgefahr besteht (weniger als 5 Torr bei 200⁰G). Außerdem verleiht das nicht-destillierte Produkt den Schäumen eine bessere Wärme- und Entflammungebeständigkeit im Vergleich zu Toluoldiisocyanat. Das besonders bevorzugte Isocyanat kann von der Firma Upjohn Company unter der Bezeichnung 143L oder 901 bezogen werden. Diese Produkte haben eine Funktionalität von 2,8, jedoch bei einer Zunahme der Temperatur auf mehr als JO⁰G steigt die Funktionalität auf 3«·

Die polymere Polyisοcyanatkomponente der Erfindung kann auch in Form eines üblichen Prepolymerieats in die Mischung eingeführt werden. Das Prepolymerisat wird hergestellt durch Umsetzung eines stöchiometrischen Überschusses des Isocyanats mit der polymeren Hydroxyverbindungo Typischerweise wird das Isocyanat in Mengen von einem etwa 30- bis etwa 200 %igen ßtöchioraetrischcn Überschuß verwendet. Die ßtöchioinetrie basiert in diesem Falle auf den Äquivalenten der Isocyanat- pro Äquivalent der Hydroxygruppen in der polymer on

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Ilydroxyverbindung·

Je nach den gewünschten Eigenschaften des Schaumes kann es von Vorbeil sein, einige der Isocyanatgriippen der polymeren Polyisocyanate mit einer monofunktloneIlen organischen Verbindung, beispielsweise einem Phenol, zu blockieren. Die Blockierungsverfahren erlauben die Einstellung der Verfügbarkeit der reaktiveren Isocyanatgruppen und die Einstellung der Polymerisations- oder Aushärtungstemperatur des. ßchaumes. Es können eine oder eine beliebige Anzahl von Isocyanatgruppen blockiert werden, um den gewünschten Reaktivitätsgrad zu erzielen«. Außerdem können spezielle Katalysatoren zur Einstellung der gewünschten Abspaltungsoder Entblockungstemperatur verwendet werden.

Die Menge des verwendeten polymeren Polyisocyanate variiert etwas Je nach Art des hergestellten Polyurethans. Im allgemeinen sollte die -NGO-Äquivalenz zu der gesamten aktiven Wasserstoffäquivalenz so sein, daß ein Verhältnis von 0,8 bis 2,0 Äquivalenten -NCO pro Äquivalent aktivem Wasserstoff, d.h. Hydroxylwasserstoff der polymeren Hydroxy verbindung _} vorliegt. Vorzugsweise sollte das Verhältnis etwa '1,0 bis . 1,5 Äquivalente -NCO pro Äquivalent aktivem Wasserstoff betragen.

Bei einer besonders bevorzugten Au3führungsform der Erfindung wird die Polymethylenpolyphenylisocyanabkomponente vor dem Mischen mit der Polyhydroxyverbindung in eine .lagerungsbeständige Flüssigkeit überführt, indem man sie mit 0,1 bis 3 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Isocyanate) eines Trihydrocarbylphosphats auf 160 bis 250⁰C erhitzt. Bevorzugte Trihydrocarbylphosphate sind die Trialkylphosphate, in denen der Alkylrest 1 bis einschließlich 12 Kohlenstoff a tome enthält, wie z.B. Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Ootyl, Nonyl, Decyl, Undeoyl·, Do-

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decyl, sowie die isomeren Formen davon. Ein besonders bevorzugbeS Trialkylphosphab isb TriäbhyLphosphab und ein besonders bevoriaugbes PolymebhylenpoLyphenylisocyanab bei dieser Ausführungsforin. ist das prakbisch reine Dlphenylmebhundlisocyanab. Unber dem Ausdruck "prakbisch reines Dlphenylmethandiisocyaiiafr" isb hier ein Dipheriylmebhandiisocyanab zu verstellen, das prakbisch frei isb von Polyisocyanaben mib einer höheren Funktionalität, das heißt das weniger als ebwa 5 Gew.-?» solcher Polyisocyanabe enbhälb. Das prakbisch reine Maberial enbhälfc normalerweise etwa 90 % Diphenylmebhan-4,4^t-.diisocyanab und ebwa ΊΟ % den entsprechenden 2,4'-Isomeren. Es isb klar, daß diese Ausführungsforin nichb auf dieses spezielle Mengenverhältnis? von Isomeren beschränkt isb, sondern daß darunter auch die Verwendung von anderen Mengenverhältnissen und die Verwendung der einzelnen reinen 4,4'- und 2,4'«-Isomeren fällt, die prakbisch frei von Polyisocyanaten einer höheren Funktional!bat sind.

Die polymere Hydroxyverbindung der Erfindung kann ein polyfunktionelles Polyol, wie z.B. ein Polyäther oder ein Po lyes ber mit endständigen Hydroxygruppen sein. Lineare oder nur schwach verzweigte Polyole liefern flexible Schäume, während stärker verzweigte E^Jolyole starrere (härtere) Schäume liefern. Geeignete Polyäbherpolyole sind Addukte eines Alkylenoxyds an Diole, Triole und andere AlkohoLe mit einer höheren Funktionalität, wie z.B. Poly(o.xyalkyien)-I)erivate voxi Glycerin, Trimebhylo!propan, Sorbit, Mannit, Pentaerythrit und Saccharose» Bevorzugte Poiyäther sind Addukte von Propylenoxyd uncl/odor Ibhylenoxyd an Polyhydroxyalkohole, wie z.B. Äbhylenglykol, Propylenglykoi und 1,2,6-HoxantrLol. Geeignet ο Polyosberpolyole sind lineare und cyclische Dicarbonsäureester von Diolen, Triolen und anderen Alkoholen mit elnor höheren Funktionali bat. Di« Anhydrldforni dor Säure kann gewünschbenfa^ls ebenfalls verwendeb werdon. Bövorzugbo Polyester sind gesäbbigbe Polyesbor, die endsbändige iiydroxygruppon ansbelle von Oarboxylgruppen enbhal.bon und Boi-

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spiele dafür sind Adipinsäure- und Phthalsäure- oder Anhydridester von Ithylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Butylenglykol, 1,4-Butylenglykol, Diäthylenglykol und Glycerin. Außerdem können zur Herstellung der Polyesterkomponente Lactone, v/ie z.B. Caprolacton, verwendet werden. Ein besonders geeigneter Oaprolactonpolyester ist PoIy-(t-caprolacton) mit einem Molekulargewicht von 530. Andere Lactonpolyester und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in der US-Patentschrift 2 933 4?8 beschrieben.

Es ist zweckmäßig, Polyester zu verwenden, die nur Hydroxylgrup· pen als reaktive Zentren enthalten und infolgedessen sind die Polyester der Wahl solche mit einer sehr niedrigen Säurezahl und einem sehr niedrigen V/asser gehalt. Lineare bis schv/ach verzweigte Polyester sind geeignet für die Herstellung von flexiblen Schäumen, während stärker verzweigte. Polyester stai?rere Schäume liefern.

Bei der erfindungsgemäßen polymeren Hydroxyverbindung kann es sich ebenfalls um ein mit einem Vinylharz verstärktes Polyol handeln, das durch Polymerisation eines äthylenisch ungesättigten Monomex*en in einem Polyol, wie in der US-Patentschrift 3 383. 351 beschrieben, erhalten wurde. Geeignete Monomere für die Herstellung solcher Zusammensetzungen sind Acrylnitril, Vinylchlorid, Styrol, Butadien, Vinyliden--. chlorid und ähnliche äthylenisch ungesättigte Monomere. Geeignete Polyole sind z.B. polyfunktionelle Polyole, wie beisjjielsweise Polyäther und Polyester mit endständigen Hydroxygruppen, wie sie oben beschrieben sind. Die Polymerisat/Polyol-Massen enthalten zweckmäßig etwa 1 bis etwa 70 Gew.-% des in dem Polyol polymerisiert en Monomeren«. Vorzugsweiße v/erden etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% Monomeres in dem Polyol polymerisiert und am meisten bevorzugt werden etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% Monomeres in dem Polyol polymerisiert. Die Polymerisnt/Polyol-1/iassen dieses Typs sind geeignet für die Herstellung von Polyurethanschäumen mit vergleichsweise

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hohen Lasttrageeigenschaften. Bei der erfindungsgemäßen polymeren Hydroxyverbindung kann es sich um eine Kombination aus zwei oder mehreren der oben genannten Polyolzusammensetzungen handeln. Beispielsweise kann eine Mischung aus einem Propylenglykoläther, einer Polymerisat/Polyol-Masse und einem Poly(€—c_aprolacton)polyol verwendet werden.

Die polymere Hydroxyverbindung oder die Mischung von Verbindungen weist vorzugsweise eine Hydroxylzahl von etwa 50 bis etwa 250 und ein Molekulargewicht von etwa 400 bis etwa 65OO auf. Innerhalb dieses Bereiches ist es möglich, geschäumte Polyurethane mit variier-endem Flexibilitätsgrad und Belastungstrageeigenschaften herzustellen. Die Hydroxylzahl ist definiert als die Anzahl von mg Kaliuinhydroxyd, die für die vollständige Neutralisation des Hydrolyseprodukt es des vollständig acetylierten Derivats, hergestellt aus 1 g Hydroxyverbindung oder einer Mischung davon mit oder ohne erfindungsgemäß verwendete andere vernetzende Additive, erforderlich ist»

Bei dem Silicon-Surfactant der erfindungsgemäßen Formulierung handelt es sich bei Umgebungsbedingungen um eine Flüssigkeit und es kann ein Organopolysiloxan/Polyoxyalkylen-Blockmischpolymerisat sein, wie es in den US-Patentschriften 2 834 748, 2 846 458, 2 868 824, 2 917 480 und 3 057 90I beschrieben ist. Die Menge des als Schaumstabilisator erfindungsgemäß verwendeten Silicon-^Surfactant kann innerhalb breiter Grenzen, z.B. von etwa 0,5 Gewichtsteilen bis 10 Gewichtsteilen oder mehr auf 100 Gewichtsteile der polymeren Hydroxyverbindung, variiert werden. Vorzugsweise variiert die Menge des in den Schauraformulierungen vorhandenen Silicon-Surfactant von etwa 1,0 bis etwa 6,0 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile der polymeren Hydroxyverbindung.

Der bevorzugte erfindungsgemäßo Katalysator ist Niclrelacetylacetonut, auch als Bis(2,4~pentnncüonat)-nicl:el(II)

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oder Diacetylacetonat-Nickel "bekannt, sowie die Derivate davon, wie z.B. Diacetonitrildiacetylacetonato-Nickel, Diphenylnitrildiacetylacetonato-Nickel, Bis(triphenyl~ phosphin)diacetyl- acetonato-Nickel und dgl. Andere ähnliche Katalysatoren, die eine verzögerte Raumtemperaturreaktipn zwischen Isocyanat und der polymeren Hydroxyverbindung ergehen, können ebenfalls verwendet werden. Die angewendete Menge eines solchen Katalysators liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 0,03 bis 3,0 Gewichtsteilen Katalysator auf 100 Gewichtsteile der polymeren Hydroxylverbindung.

Der Polyurethan- bildende Schaum (Polyurethanformschaum) kann auch andere Zusätze, wie z.B. Farbstoffe, Füllstoffe, Pigmente und Materialien zur Erzielung der gewünschten Effekte enthalten. Zur Verbesserung der Schäumung der Mischung können geringe Mengen an einem Blähmittel verwendet v/erden. Zum Beispiel können hochsiedende Fluorkohlenstoffe, die beispielsweise oberhalb etwa 4-0⁰G sieden, verwendet werden. Spezifische Fluorkohlenstoffe sind z.B. die Ucon-Fluorkohlenstoffe und Freone, die oberhalb etwa 40°0 sieden, wie beispielsweise 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan und Isomere von Tetrachlordifluoräthan, Tetrachlormonofluoräthan und dgl. Es können auch geringe Mengen Wasser, die zur Erzeugung einer wesentlichen Gasentwicklung nicht ausreichen, verwendet werden. Das Blähungsmittel wird verwendet, um eine zusätzliche Expansion des Schaumes während der Hitzehärtung in solchen Fällen zu erzielen, in denen eine solche Expansion erwünscht ist.

Die Inertgaskomponente des erfindungsgemäßen Schaums ist vorzugsweise Luft wegen ihrer Wirtschaftlichkeit und leichten Verfügbarkeit. Gewünschtenfalls können jedoch auch andere Gase verwendet werden, die bei Umgebungstemperaturen gasförmig sind und gegenüber den anderen Komponenten des

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Schaumes praktisch inert oder nicht-reaktiv sind. Beispiele für solche andere Gase sind Stickstoff und Kohlendioxyd. Das Inertgas kann durch mechanisches Rühren der Mischung in einer Vorrichtung mit einer hohen Scherwirkung, beispielsweise einem Hobart-Mischer oder einem Oakes-Mischer eingearbeitet werden und das Gas kann unter Druck wie bei dem üblichen Betrieb eines Oakes-Mischers in die Mischung eingeführt werden oder es kann aus der darüberliegenden Atmosphäre durch das Rühren oder Schlagen wie in einem Hobart-Mischer eingesaugt werden. Das mechanische Rühren wird vorzugsweise bei Drucken von nicht mehr als 7 bis 14,1 kg/cm² (100 bis 200 psig) durchgeführt. Es ist jedoch wichtig darauf hinzuweisen, daß eine konventionelle, leicht erhältliche Mischvorrichtung verwendet wird und keine spezielle Vorrichtung erforderlich ist.

Die Menge des in die Urethan-bildende Mischung eingerührten Inertgases sollte so sein, daß ein Schaum mit einer Dichte bei Atmoßphärendruck von weniger als etwa 45, vorzugsweise von weniger als etwa 35 % der Dichte der Mischung vor dem Rühren erhalten wird. Dasmechanische Rühren wird über einen Zeitraum von einigen Sekunden in einem Oakes-Mischer oder 3 bis 30 Minuten lang in einem Hobart-Mischer durchgeführt. Der Zeitraum hängt normalerweise von der gewünschten Schaumdichte in der verwendeten Mischvorrichtung ab. Der Schaum ist so, wie er nach dem mechanischen Rühren erhalten wird, praktisch chemisch beständig und strukturbeständig, Jedoch bei Umgebungstemperaturen, z.B. bei etwa 15 bi3 etwa 30⁰C, leicht bearbeitbar. Die Konsistenz des Schaumes ähnelt stark der Konsistenz einer mit einem Aerosol verteilten Rasiercreme und er hat eine Dichte von weniger als etwa 45 %, vorzugsweise von weniger als etwa 35 % der Dichte der Mischung vor dem Rühren.

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Die erfindungsgemäßen neuen Schäume finden eine umfangreiche Verwendung bei der Herstellung von geschäumten Formgegenständen und rangieren von flexiblen geschäumten Gegenständen bis zu starren geschäumten Gegenständen und allen dazwischenliegenden Flexibilitäts- und Starrheitsgraden. Zum Beispiel kommen die neuen Schäume verformt und anschließend hitzegehärtet werden unter Bildung von aufprallgepolsterten Platten, Armaturenbrettern, Sonnenblenden, Armlehnen und dgl. für Automobile, Flugzeuge und Schiffe und sie können auf die Rückseiten von Teppichen aufgebracht und gehärtet werden zur Erzielung von schaumgepolsterten Unterlagen oder auf Textilgewebe zur Erzielung von Zwischenschichten (Zwischenfutter) für Polsterungs- und/oder thermische Isolierungszwecke.

Wegen ihrer beachtlichen chemischen und Strukturstabilität können die neuen Schäume durch Formen oder Rakeln vor dem Erhitzen auf über 70 G und anschließende Polymerisation leicht verformt werden.

Da hierbei keine wesentliche chemische Expansion (d.h. keine Expansion als Folge des in der Mischung der Komponenten durch chemische Reaktion gebildeten Gases) oder keine Expansion als Folge der Verflüchtigung einer Flüssigkeit, sondern praktisch irar eine thermische Expansion während der Hitzehärtung auftritt, sind die Dimensionsänderungen leicht voraussagbar und leicht steuerbar. Aus diesen Gründen ist es auch möglich, eine Verdoppelung der rauhen Oberflächen, wie z.B. be;nn Beschichten der rauhen und unebenen Rückseiten von Teppichen, zu vermeiden.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen SchMnmes besteht darin, daß seine Dicke auf einer Teppichunterlage durch offenes Auftragen vor dem Aushärten eingo-

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stellt werden kann. Zum Glätten der exponierten Oberfläche des Schaummaterials kann gewünschtenfalls eine Oberflächenwärme bei einer Temperatur von 82 bis 149°C (180 bis 30O⁰F) angewendet werden.

Wie aus den folgenden Beispielen hervorgeht, erlaubt die vorliegende Erfindung die Auswahl von geeigneten Mengen und Typen der Komponenten, die eine geeignete Menge des Ablaufs der Flüssigkeitsphase, z.B. in die Zwischenräume einer Teppichrückseite, ergeben. Dieser Abfluß bei der nachfolgenden Hitzehärtung verankert nicht nur die Schaumrückseite auf dem Teppich, sondern dient auch dem doppelten Zweck, die Fasern des getufteten Teppichgarns auf der Teppichrückseite zu verankern. Die Erfindung liefert insbesondere auch ein Verfahren zur Herstellung einer geschäumten zweiten Unterlage auf einem Auslegematerial (Teppichmaterial), das aus einer ersten Unterlage mit einer Vorderseite mit Fasern besteht, die durch die erste Unterlage passiert und die sich über die Rückseite der ersten Unterlage erstreckt und mechanisch an der ersten Unterlage verankert wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man auf die Rückseite der ersten Unterlage und den Teil der Fasern, die sich über diese Rückseite hinaus erstrecken, eine im wesentlichen gleichmäßig dicke Schicht eines erfindungsgemäßen Schaums aufbringt und den Schaum bei einer Temperatur oberhalb 70°C aushärtet um (i) einen gehärteten Polyurethanschaum mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke als integrale zweite Unterlage auf der Rückseite der ersten Unterlage zu bilden und (ii) die Fasern an die erste Unterlage zu binden. Die erste Unterlage kann irgendein übliches Teppichunterlagenmaterial (Teppichverstärkungsmaterial) (z.B. Jute oder Polypropylen) sein und die Fasern können mechanisch an der ersten Unterlage durch irgendeine übliche Einrichtung (z.B. durch Nähen oder Nadelstanzen) befestigt Bein. Die Fasern können aus irgendeinem üblichen Teppichmaterial

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(z.B. Baumwolle, Rayon, Wolle, Nylon, Acrylnitrilpolymerisaten, Vinylhalogenidpolymerisaten usw;) bestehen. Die Fasern können irgendeine geeignete Form haben, z.B. die Form von Stapelgarnen, die durch die erste Unterlage befestigt sind und abgeschnittene oder schlaufige Floroberflächen auf der Vorderseite der ersten Unterlage aufweisen. Der Schaum kann nach irgendeinem geeigneten Verfahren (z.B. durch Messerbeschichtung) auf die erste Unterlage aufgebracht werden. Der Schaum der zweiten Unterlage kann jede gewünschte Dicke (z.B. von 0,158 bis 1,27 cm (1/16 bis 1/2 inch)) haben. Der neue Schaum ist durch ein Förderband, einen geeigneten Träger oder eine Rohrleitung vom Ort seiner Her- stellung bis zum Ort seiner Verwendung beim Beschichten der Rückseiten von Teppichen oder Geweben leicht transportierbar.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken. Alle darin angegebenen Teile und Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen, alle Temperaturen beziehen sich auf die Celciusskala und alle Dichten sind, wenn nichts anderes angegeben ist, in g/cm (pounds/ft.^) angegeben.

Beispiel 1

Es wird eine Mischung hergestellt, welche die in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Komponenten in den ebenfalls angegebenen Mengen enthält. Die Mischung besitzt eine Viskosität von weniger als 10 000 cP nach 24-00 Sekunden langem Aufbewahren bei 25°C. Die Mischung geliert nicht, wenn si© bei Raumtemperatur mehr als 1 Stunde lang gehalten wird. ' Die Miachung wird in einem 5 l-Hobart-N-50-Mischer unter Verwendung eines Drahtes 10 Minuten lang mechanisch geschla~ gen. Die Mischung ergibt einen Schaum mit einer niedrigen

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Dichte, der zu einem nicht-klebrigen, flexiblen Schaum mit einer Dichte von weniger als 45 % der Dichte der Mischung vor dem Verschäumen aushärtet.

Tabelle I Komponente Menge in Gewichtsteilen

polyfunktionelles Polyol A 100

PAPI 12

Silicon-Surfactant 10

Nickelacetylacetonat-Katalysator 0,5

Bei dem hier verwendeten polyfunktionellen Polyol A handelt es sich um eine Mischung von Diolen und Triolen, die durch Zugabe von Äthylenoxyd und Propylenoxyd zu einer Mischung aus 4 Mol Glycerin und 1 Mol Dipropylenglykol in einem solchen Verhältnis erhalten wird, daß durchschnittlich 14 Gew.-% Oxyäthyleneinheiten und 86 Gew.-% Oxypropyleneinheiten, bezogen auf die gesamten Oxyalkyleneinheiten, erhalten werden. Die Hydroxylzahl beträgt 45,8 bis 48,8 und das durchschnittliche Molekulargewicht liegt bei/^yOO. Bei dem hier verwendeten PAPI handelt es sich um ein polymeres Polyisocyanat, das von Diphenylmethandiisocyanat abgeleitet ist und die folgende Formel hat

NGO

-6^H4^CH2"

NGO

NCO r\

0,3

Es wird von der Firma The Carwin Company unter der Bezeichnung PAPI vertrieben und hat die folgenden Eigenschaften:

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220Λ036

Isocyanatäquivalent (Dibutylamin) 133,5

Viskosität (cP bei 25°C) 250 hydrolysier"bares Chlorid (%) 0,35

spezifisches Gewicht (20/20⁰C) · 0,02 (1,2) Flammpunkt (Cleveland offene Schale) 219°C (425⁰I¹)

NCO-Gewichtsgehalt · 31 % mindestens

unlöslicher Feststoffgehalt Null

Beispiel 2

Es wird eine Mischung aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:

Komponente Menge in Gewichtsteilen Polyol B 100,0

Diphenylmethan-4,4'-diiBocyanat 26,0

Mckelacetylacetonat . 0,5

Silicon-Surfactant . 6,0

Bei dem hier verwendeten Polyol B handelt es sich um ein aus Glycerin hergestelltes Propylenoxyd-Triol-Addukt mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1000 und einer Hydroxylzahl von 168, das die durchschnittliche Formel hat

HC-O(C₅H₆O)₅^₂H ■

Die Viskosität der Mischung "beträgt etwa 450 cP nach 2600 Sekunden langem Aufbewahren bei 24,5 bis 25»5°O.

Die Mischung wird auf die in Beispiel 1 angegebene Art und

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Weise geschäumt durch 10 Minuten langes Schlagen mit einer Geschwindigkeitseinstellung von 2. Der erhaltene Schaum hat eine Dichte von etwa 0,16 g/cnr (10 pounds/ft. ) und wird auf ein Substrat in einer Dicke von 0,635 cm (1/4 inch) aufgebracht. Das beschichtete Substrat wird 5 Minuten lang bei 125°0 gehärtet unter*Bildung eines nicht-klebrigen, gleichmäßigen Schaumes mit mittleren Zellen und einer Dichte von etwa 0,128 g/cnr (8 pounds/ft.^).

Beispiel 3

Es wird eine Mischung aus den in der folgenden Tabelle angegebenen Bestandteilen hergestellt:

Komponente Menge in Gewichtsteilen

polyfunktionelles Polyol 0 . 100

polymeres Polyisocyanat 20

Silicon-Surfactant 10

Nickelacetylacetonat 0,5

Bei dem Polyol 0 handelt es sich um ein aus Glycerin hergestelltes Äthylenoxyd/Propylenoxyd-Triol-Addukt mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 3525 und einer durchschnittlichen Hydroxylzahl von etwa 48, das die folgende Durchschnittsformel hat.

Bei dem polymeren Polyisocyanat handelt ea sich um das nichtdestillierte Kondensationsprodukt aus der Kondensations-

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produkt aus der Kondensationsreaktion sswischen Anilin und Formaldehyd und der anschließenden Phosgenierung. Ein solches Produkt ist im Handel von der Firma Upjohn Company unter dem Hamen 143 L erhältlich.

Die Mischung wird, wie in* Beispiel 1 angegeben, 10 Minuten lang mechanisch geschlagen (gerührt) unter Bildung eines Schaumes mit einer Dichte von 0,32 g/cm⁵ (20 pounds/ft.^). Der Schaum ist sowohl strukturell als auch chemisch mindestens 50 Minuten lang beständig und härtet innerhalb von weniger als 10 Minuten bei 125°0 oder weniger zu einem nicht-klebrigen, flexiblen Schaum mit einer Dichte von 0,224 g/cnr (14 punds/ft. ) aus.

Beispiel 4

Nach Beispiel 1 wird mit den folgenden Kompoenten eine Polyurethanformmischung hergestelltJ

Komponente Gewichtsteile polyfunktionelles Polyol D 90

Silicon-Surfactant - - 4

Aluminiumtrihydrat-Püllstoff 100

Trimetbylbutyldiamin-Katalysator
(er trocknet die Oberfläche der
Schaummischung) 0,1

Nickelacetylacetonat 2,0

polymeres Polyisocyanate gemäß Beisp. 3 32,3

Die Mischung wird wie in Beispiel 1 angegeben 10 Minuten lang mechanisch geschlagen unter Bildung eines Schaumes, Die Schaummischung wird auf eine vorher getuftete Teppichunterlage aufgebracht und offen zu einer Dicke von 0,635 (1/4 inch) ausgestrichen. Der Schaum ist vor dem Auftragen

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auf die Teppichunterläge und danach sowohl chemisch als auch strukturell beständig« Bei 10-minütiger Wärmezufuhr bei 125°0 härtet der Schaum zu einem nicht-klebrigen, flexiblen Schaumteppichunterlagenmaterial aus, das integral an der vorher getufteten Teppichunterlage haftet.

Bei dem polyfunktionellen Polyol D handelt es sich um eine Mischung aus 20 Teilen eines von Propylenoxyd und 1,2,6-Hexantriol (Hydroxylzahl 2JO) abgeleiteten Polyäthers, I5 Teilen eines PoIy(E-caprolacto^polyols mit einem Molekulargewicht von 530» das im Handel von der Union Carbide Corporation unter der Bezeichnung Niax Polyol D-510 erhältlich ist, und aus 55 Teilen eines mit Vinylharz verstärkten Polyols mit einem Molekulargewicht von 3700, das im Handel von der Union Carbide Corporation unter der Bezeichnung Niax Polyol 31-45 erhältlich ist,

Beispiel 5

Nach Beispiel 1 wird aus den folgenden Komponenten eine Polyurethanformmischung hergestellt:

Komponente Gewichtoteile

polyfunktionelles Polyol E 100,5

Di(phenylquecksilber)dodecenyl-

ßuccinat (ein Zusatz zur Erhöhung

der Festigkeit der Schaumzellwände

und zur Erhöhung der Dehnung) 0,5

Nickelacetylacetonat 2

Alurainiumtrihydrat-Füllstoff 100

ßilicon-üurfactant 4

polymeres Polyisocyanate gemäß Beisp, 3 30

Bf)I clem polyfimkfc ionollen Polyol E handelt en £s ich um ei no Mischung aua 90 Teilen den mit Vinylharz verstärkten Polyolπ

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gemäß Beispiel 4, 10 Teilen des Lactonpolyols gemäß Beispiel 4 und 0,5 Teilen 1,4-Butandiol.

Beispiel 6

Aus den folgenden Kompoerften wird nach Beispiel 1 eine Polyurethanformmischung hergestellt:

Komponente Gewichtsteile

polyfunktionelles Polyol D

(vgl. Beispiel 4) 95

Silicon-Surfactant 5

Aluminiumtrihydrat-Füllstoff 100 Trimethylbutyldiamin-Katalysator 0,1

NickeIacetylacetonat 3,0

polymeres Polyisocyanat* 35jO

*Das polymere Polyisocyanat dieses Beispiels wird hergestellt durch Vermischen von 340 g eines Diphenylmethandiisocyanats mit 5 β Triäthylphosphat unter Anwendung von Wärme bei 200°C innerhalb eines Zeitraumes von 25 Minuten. Das Diphenylmethandiisocyanat hat einen Schmelzpunkt von 37 bis 41 0 unü enthält, wie die Gaschromatographie zeigt, 90 Gew.-% Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat und 10 Gew.-% des entsprechenden 2,4'-Isomeren. Dieses Diisocyanat wird erhalten durch Destillation einer Mischung von Polyisocyanaten, die etwa 50 Gew.-% Diphenylmethandiisocyanat enthält und durch Phosgenierung einer Mischung von Polyamiden erhalten wird, die ihrerseits durch Kondensation von Anilin und Formaldehyd in Gegenwart von Chlorwasserstoffsäure erhalten wurden. Nach dem 25 Minuten langen Mischen wird das Reaktionsprodukt auf Räumtemperatur von etwa 25°0 abgekühlt. Bei dem Produkt handelt es sich um eine klare Flüssigkeit, die kein Anzeichen von Verfestigung nach etwa 8-wöchigem Stehenlassen

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bei etwa 2β°0 aufweist.

Die Polyiirethanformmischung wird wie in Beispiel 1 angegeben 1O Minuten lang mechanisch geschlagen (gerührt) unter Bildung eines Schaumes. Die Schaummischung wird dann auf eine vorher getnftete Teppichunterlage aufgebracht und offen zu einerDicke von 0,954 cm (3/8 inch) ausgestrichen. Der Schaum ist vor dem Aufbringen auf die Teppichunterlage und danach chemisch und strukturell beständig. Bei Anwendung von Wärme bei 145°C für 10 Minuten härtet der Schaum aus zu einem nicht-klebrigen, flexiblen Schäumteppichunterlagenmaterialo

Die Mischung wird gerührt und wie in Beispiel 4- auf eine Teppichunterlage aufgebracht. Unter 10-minütiger Einwirkung von Wärme von 125 C härtet der Schaum wie in Beispiel 4 aus zu einem nicht-klebrigen, flexiblen Schaumteppichunter lagenmat er ial.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher beschrieben, es ist Jedoch klar, daß auch zahlreiche Abänderungen und Modifizierungen durchgeführt werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

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Claims

220A036

Patentansprüche

/1Λ Hitzehärtbare, flexible Polyurethaniormschaummischung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem polymeren PoIyisocyanat, einer polymeren Hydroxyverbindung, einem Siliconsurfactant, einem Katalysator aus der Gruppe Uickelacetylacetonat und Derivaten davon und einem innerhalb der Mischung gleichmäßig dispergierten Inertgas besteht·

2, Schaummischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als polymeres Polyisocyanat ein Polymethylenpolyphenylisocyanat und als polymere Hydroxyverbindung eine Verbindung aus der Gruppe der Polyäther, Polyester, Lactone und Mischungen davon enthält.

3. Schaummischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Polyisocyanat ein Produkt ist, das durch Erhitzen von Diphenylmethandiisocyanat mit etwa 0,1 bis etwa 3 Gew.-% eines Trihydrocarbylphosphats, in dem der Hydrocarbylrest 1 bis einschließlich 12 Kohlenstoffatome enthält, auf eine Te

erhalten worden ist.

enthält, auf eine Temperatur von etwa 160 bis etwa 250⁰G

4. Verfahren zum Aufbringen einer flexiblen Polyurethanschaumunterlage auf die untere Oberfläche eines vorher getufteten primären Unterlagenmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Mischung aus einem polymeren Polyisocyanat, einer polymeren Hydroxyverbindung, einem Silicon-Surfactant, einem Katalysator aus der Gruppe Nickelacetylacetonat und Derivaten davon und einem Inertgas verschäumt,

b) die verschäumte Mischung auf die untere Oberfläche eines

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vorher getufteten primären Unterlagenmaterials in Form einer im wesentlichen gleichmäßig dicken Schicht aus der geschäumten Mischung aufbringt und

c) die geschäumte Mischung bei einer Temperatur oberhalb etwa 70 G aushärtet unter Bildung eines gehärteten Polyurethanschaums mit praktisch gleichmäßiger Dicke als integrale sekundäre Unterlage auf der unteren Oberfläche der primären Unterlage, wobei die lasern des Tuftinggarns an die primäre Unterlage gebunden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als polymeres Polyisocyanat ein PolymethylenpoIyphenylisocyanat und als polymere Hydroxyverbindung einen Polyäther, einen Polyester, ein Lacton oder eine Mischung davon verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als polymeres Polyisocyanat das Produkt verwendet, das beim Erhitzen von Diphenylmethandiisocyanat mit etwa 0,1 bis etwa 3 Gew.-% eines Trihydrocarbylphosphats, in dem der Hydrocarbylrest 1 bis einschließlich 12 Kohlenstoffatome enthält, auf eine Temperatur von etwa 160 bis etwa 250°0 erhalten wird.

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