DE2204481C3

DE2204481C3 - Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums

Info

Publication number: DE2204481C3
Application number: DE19722204481
Authority: DE
Inventors: Felix P. Chester Carroll; Harold A. Havertown Green
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1972-01-31
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE2204481A1; DE2204481B2

Description

Es ist bekannt, zur Herstellung von Polyurethanschäumen Kombinationen aus einem organischen Zinnsalz und Triethylendiamin als Katalysator zu verwenden. Mit diesem Katalysatorgemisch konnten Schaumstoffe mit einer Dichte von 0,021 bis 0,027 g/cm³ hergestellt werden. Schwierigkeiten traten jedoch auf, wenn man versuchte, flexible Polyurethanschäume mit höherer Dichte herzustellen, weil die geringere Konzentration an Wasser pro Gewichtseinheit Polyol im Vergleich zu den bei Schäumen geringerer Dichte verwendeten Konzentrationen zu erheblichen Änderungen im Verhalten des Ausgangsmaterials führte.

Polyurethanschaumhersteller erzeugen Ausgangsmaterialmischungen, die unter Bildung des gewünschten Polyurethanschaums reagieren. Bestimmte Vorrichtungen, Polyisocyanate, Polyole, oberflächenaktive Mittel, Modifizierungsmittel und Katalysatoren werden für eine große Zahl von Polyurethanschaumherstellern auf den Markt gebracht. Viele Hersteller bevorzugen die Möglichkeit, Rezepturen durch Wechseln einer oder mehrerer Reaktionskomponenlen zu variieren, wobei sich die Zulieferer der einzelnen Komponenten dahingehend einstellen, daß sie Materialien auf den Markt bringen, die für vielfache Variationen der Rezepturen geeignet sind. Eine vom Hersteller gegebene Grundrezeptur eröffnet dabei einem erfahrenen Polyurethanchemiker viele Möglichkeiten, Abwandlungen davon im Hinblick auf die Polyole, Polyisocyanate und oberflächenaktive Mittel zu treffen.

Was Polyisocyanat und Polyol betrifft, sind Abänderungen der Rezepturen und Anpassung der Rezepturen an verschiedene Mischvorrichtungen als Routineabänderungen anzusehen, die dem Durchschnittstechnologen offensichtlich zur Verfugung stehen. Was jedoch Katalysatoren und Katalysatorgemische betrifft, so sind spezifische Verhältnisse für spezifische Katalysatoren notwendig. Größere Änderungen der Konzentrationen eines jeden der verschiedenen Katalysatoren sind als nicht möglich angesehen worden, Im allgemeinen werden die Anweisungen und Spezifikationen der Katalysatorhersteller als bindend angesehen,

Mischgeräte, die die Reaktionskomponenten in eingestellten Verhältnissen fördern, arbeiten mit einer begrenzten Präzision und sind chronologisch nicht genau aufeinander abgestimmt. Werden zwei katalysatorhaltige Ströme zur Herstellung eines Ausgangsgemisches zusammengemischt, kann das Verhältnis eines Katalysators zu dem anderen beträchtlich aufgrund der Ungenauigkeit der Mischgeräte variieren. Katalysatorsysteme, die geeignet sind, wenn jeder Katalysator genau bemessen wird, die aber eine enge Verhältnisbreite der Katalysatorkomporienten haben,

ίο können für die industrielle Erzeugung von Polyurethanschäumen ungeeignet sein aufgrund der den Proportionierungssystemen der Mischgeräte eigenen nicht gleichförmigen Leistung.
Versuche, die unter genauer Dosierung der Ausgangsstoffe, die eine Katalysatorkombination aus Triäthylendiamtn und Zinnoctanoat enthielten, durchgeführt wurden, haben innerhalb eines breiten Bereiches von Schaumdichten gute Ergebnisse gezeigt Es wurden jedoch nur in begrenztem Umfange derartige Katalysatorkombinationen zur Herstellung von Schäumen mit Dichten von 0,032 bis 0,064 g/cm¹ infolge der engen Konzentrationsbreite des Zinnkatalysators, die für eine gegebene Konzentration an Triäthylendiamin zulässig ist, angewendet. Das Zinnoctanoat und das Triäthylendiamin können nicht über Monate hinweg in dergleichen Lösung gelagert werden. Da derartige Mischungen keine lang andauernde Lagerungsfahigkeit besitzen, war es üblich, die zwei Komponenten in die Mischkammer in zwei getrennten Strömen einzupumpen. Die unvermeidbaren Veränderungen der Mengenverhältnisse, die bei einem derartigen getrennten Zupumpen der Ströme in Kauf zu nehmen sind, bedingen derartige Schwankungen, daß eine Verwendung der erwünschten Katalysatorkombination /ur Herstellung von Schäumen mit Dichten von 0,032 bis 0,064 g/cm^J unter Einsatz von mechanischen Vorrichtungen nur relativ begrenzt möglich ist. Daher wurden tertiäre Amine, wie N-Äthylmorpholin, in Kombination mit Zinnoctanoat zur Herstellung von Schäumen mit dem angegebenen Dichtebereich eingesetzt. Obwohl Triäthylendiamin wesentlich aktiver ist, in kleineren Mengen eingesetzt werden muß und auch andere Vorteile gegenüber N-Äthylmorpholin besitzt, hat der einzige Nachteil des engen Spielraums bei der Kombination mit Zinnoctanoat bei der Herstellung von Schäumen mit Dichten innerhalb des angegebenen Bereiches ausgereicht, Triäthylendiamin in vielen Anlagen nicht mehr einzusetzen.

In der US-PS 34 48 065 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaums unter Einsatz von Kaialysatorgemischen aus Zinnoctanoat und einem N-hydrosyalkyisubstituierten Imidazol beschrieben. Die in dieser US-PS beschriebenen Katalysatorsysteme sind repräsentativ für Katalysatorsysteme, die eine sehr enge Zinn-Cokatalysatorbreite, wie sie vorstehend erwähnt wurde, aufweisen.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums mit einer Dichte von 0,032 bis 0,064g/cm' durch Umsetzung eines Polyalkylenätherpolyols mit wenigstens zwei Alkanolgruppen pro Molekül, eines organischen Polyisocyanate mit wenigstens zwei Isocyanatgruppen pro Molekül und 1,5 bis 2 Teilen Wasser pro 100 Teile des Polyalkylenätherpolyols in Gegenwart eines ZirirKII)-öctanöat UiId ein N'hydroxyalkylsubstituiertes imidazol enthaltenden Katalysatorsystems. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein

Katalysatorsystem verwendet, das aus Zinn-(II)-octanoat, l-{2-Hydroxypropyl)-imidazol und dem Diformiat des Triäthylendiamins besteht, und in dem die Gewichtsmenge des l-(2-Hydroxypropy!)-imidazols nicht größer ist als die Menge des Diformiats des Triäthylendiamins in dem Reaktionsgemisch.

Die Verwendung des Diformiats des Triäthylendiamins ermöglicht die Einhaltung eines breiten Konzentrationsbereiches des Aminkatalysators sowie eines breiten Zinnoctoatkonzentrationsbereiches. Diese Flexibilität wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt, ohne daß dabei die Schaumbildung beeinträchtigt wird. Durch die Erfindung wird es möglich, einen Ansatz, der das Diformiat des Triäthylendiamins enthält, unter Gewinnung von ausgezeichneten Schäumen mit der genannten Dichte innerhalb sehr kurzer Zeitspannen ausziischäumen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

100 Teile propoxvliertes Glyzerin mit einem Molekulargewicht von 3500 wurden in einem Schaumansatz mit 2,0 Teilen Wasser, 1,0 Teil oberflächenaktivem Silikon und 29,2 Teilen Toluylendiisocyanat (80/20-

Tabelle 1

Gemisch des 2,4- und 2,6-Isomeren) eingesetzt, was einem TDI-Index von etwa 110 entsprach. Es wurde eine Reihe von Katalysatorsystemen untersucht, die jeweils 0,15 Teile eines Gemisches aus 27 Gew.-% l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol und 73 Gew.-% des Diformiats des Triäthylendiamins pro 100 Teile des propoxylierten Glyzerins und verschiedene Konzentrationen, d. h. 0,15, 0,18, 0,20, 0,22 und 0,25 Teile pro 100 Teile Polyol, Zinn-(II)-octanoat enthielten. Zürn

ίο Vergleich wurde das vorstehend genannte Gemisch aus H2-Hydroxypropyl)-imidazol und dem Diformiat des Triäthylendiamins einmal durch 0,12 Teile Triäthylendiamin pro 100 Teile propoxyliertes Glyzerin (Kontrollversuch A) und zum anderen durch ein Gemisch aus

0,l^Teilen N-Äthylmorpholin und 0,05 Teilen Triäthylendiamin pro 100 Teile propoxyliertes Glyzerin (Kor.trollversuch B) ersetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Die Ergebnisse zeigen, daß derfiexible PoIyurethanschaumstofT, der unter Verwendung eines Katalysatorsystems aus Triethylendiamin und Zinn-(II)-octanoat hergestellt worden ist, eine weniger zufriedenstellende Zugfestigkeit und Dehnung besaß als ein mit dem erfindungsgemäß verwendeten Katalysatorsystem hergestellter Schaumstoff.

Beispiel 1

Kontrollversuch A

Kontrollversuch B

Triäthylendiamindiformial/
I-(2-HydroxypropyI)-imidazol-Gcmisch
(73 : 27 Gew.-%), Teile

Triäthylendiamin, Teile
N-Äthylmorpholin, Teile
Zinn-UU-octanoat, Teile
Aufiahmzeit, Sekunden
Sleigzcit, Sekunden
Schaumeigenschaflcn

Luftdurchlässigkeit,
l/Sekunden

Dichte, g/cm³
Zellen/cm linear
Zugfestigkeit, kg/cm²
Dehnung, %
Reißfestigkeit, kg/cm
Rückprall. %

0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,12 0,12 0,12 0,12

0,15 0,18
10 8
250 170

0.20

158

0,22

150

0,25

125 0,18

145

0,20 0,22
7 7

150 140

0,25

140

0,05 0,05 0,05

0,10 0,10 0,10

0,18 0,20 0,22

7 8 7

265 240 165

1,11 1,13 1,32 0,604 0.439 0,873 0,68 0,60 0,406 1,365 0,728 0,505

0,0453 0,0453 0,0425 0,0451 0,0411 0,0451 0,044 0,0434 0,0439 0,047 0,0462 0,0458

22 22 22,8 24,4 21,2 25,2 20 20 22 18,5 21,2 22,8

1,64 1,32 1,42 1,53 1,38 0,915 0,935 0.927 0.920 1,56 1,55 1,15

326 237 269 279 264 136 135 141 133 257 260 184

0,482 0,415 0,362 0,402 0,312 0,200 0,282 0,22¹^ 0,220 0,479 0,425 0,518

51 53 51 50 36 55 54 53 47 32 52 50

Tabelle 1 zeigt, daß die erfindungsgemäß verwendete Katalysatormischung hinsichtlich der einsetzbaren Menge an Zinn-(Ii)-octanoat einen attraktiven Spielraum bei der Verwendung in Rezepturen hatte, die Wasser in der Größenordnung von 2 Teilen und oberflächenaktives Silikon in der Größenordnung von einem Teil pro 100Teile propoxyliertem Glyzerin enthielten.

Die Zugfestigkeit des Schaums, der unter Verwendung von 0,22 Teilen Zinn-(II)-oetanoat erfindungsgemä'ß hergestellt worden ist (1,53 kg/cm²), liegt um 63% über der Zugfestigkeit des nach dem Kontrollversuch A mit 0^2 Teilen Zinn-(II)-octanoat hergestellten Schaums. Der gleiche Schaum besitzt eine Dehnung von 279% und lag damit um 97% über der Dehnung Von 141% des nach dem Kontrollversuch A hergestellten Schaums. Die Angaben der Tabelle 1 belegen, daß das erfindungsgemäß verwendete Katalysatorsystem die Bildung von Schaumstoffen fördert, die eine verbesserte Zugfestigkeit und Dehnung bei Anwendung eines größeren Konzentrationsbereichs an Zinn-(II)-octanoat besitzen, und die weder im Kontrollversuch A noch im Kontrollversuch B erreicht werden. Die Tabelle 2 zeigt die Überlegenheit des Katalysatorsystems in bezug auf den Mengenspielraum der Katalysatorbestandteile. Eine Reihe flexibler PoIyurethansehäume wurde mit einer Hennecke-Masehine hergestellt. Die Blockgröße war 28,316 i. Die Blocke wurden erhalten durch 12 Sekunden langes Ausgießen der schäumbaren Mischung aus einer Hennecke-Masehine mit einem Stiftmischer, einem Zylinder von 100 mm X 59 mm und einer Düsengröße von lOÖ mm X14 mm bei einer Mischgeschwindigkeit von 4200 UpM und einem Durchsatz von 7,9 kg/Min, Die

Ausgangsmaterialien wurden der Maschine in fünf Strömen zugeführt, die so bemessen waren, daß sich eine Rezeptur aus 100 Teilen propoxyliertem Glyzerin mit einem Molekulargewicht von 3500, welches eine Temperatur von etwa 23°C hatte, als Strom 1, Toluylendiisccyanat als Strom 2 mit einem TDI-Index von 110, als Strom 3 eine Mischung aus 1,75 Teilen Wasser und der in Tabelle 2 angegebenen Menge der Mischung aus 73 Gew.-% Triäthylendiamindiformiat und

Tabelle 2

27Gew.-% H2-Hydroxypropyl)-imidazo!, als Strom 4 0,7 Teile oberflächenaktives Silikon in Dioctylphthalat als Lösungsmittel und als Strom 5 die in Tabelle 2 angegebene Menge an Zinn-{II)-octanoat in Dioctylphthalat als Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel ergab. Die Ansätze A bis K zeigten, daß ein vernünftiger Bereich von interessanten Eigenschaften durch geeignete Variation der Konzentration des Katalysatorsystems erzielt werden kann.

Ansatz	Triäthylendiamin-	Sn-(II)-	Aurrahm	Steigzeit	Dichte	Luftdurch	Zellen
	diformiat/H2-	octanoat	zeit			lässigkeit	pro cm
	Hydroxypropyl)-	pro i00 Teile
	imidazol-Mischung,	Polyol
	Teile pro 100 Teile
	Polyol		(Sek.)	(Sek.)	(g/cm^J)	(I/Sek.)

0,200

0,375

0,500

0,750

0,200

0,375

0,500

0,75

0,15

0,15 0,15 0,15 0,15 0,22 0,22 0,22 0,22 0,25 0,30

0-2

4-5

0-2

205	0,0526
160	0,0547
165	0,0509
155	0,0480
195	0,0549
150	0,0522
155	0,0497
144	0,0491
183	0,0451
155	0,0437

7,128	18,5
0,163	20
0,26	24,4
0,156	25,6
0,123	25,6
0,043	25,6
0,104	30
0,218	25,6
0,60	20
0,44	20

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde bei zwei höheren Konzentrationen der Mischung aus Triäthylendiamindiformiat und l-(2-Hydroxypropyl)-imidazo! (73:27Gew.-%) im Katalysatorsystem gearbeitet. 100 Teile propoxyliertes Glyzerin mit einem Molekulargewicht von etwa 3500 wurden eingesetzt. Das 80/20-Gemisch der Isomeren des Toluylenidiisocyanats wurde entsprechend einem Index von 110 eingesetzt, was 29,2 Teile pro 100 Teile des Polyols entsprach.

Tabelle 3

35

40 Die Rezeptur enthielt zwei Teile Wasser und 1,0 Teil oberflächenaktives Silikon pro 100 Teile des Polyols. Bei den Ansätzen A bis D wurde das Gemisch aus 27 Teilen l-(2-Hydroxypropyl)-imidazo! und 73 Teilen des Triäthylendiamindiformiats in einer Konzentration von 0,375 Teilen pro 100 Teile des Polyols verwendet. Bei den Ansätzen E bis G betrug deren Konzentration 0,50 Teile pro 100 Teile des Polyols. Angaben bezüglich der Leistung dieses Katalysatorsystems sind in Tabelle 3 angegeben.

Ansatz

Triäthylendiamin- 0,375
diformiat/
H2-Hydroxypropyl)-imidazol-Mischung
(73:27 Gew.-%), Teile

Sn-{II)-octanoat, Teile 0,15
Aufrahmzeit, S<sk. 12
Steigzeit, Sek. 130

Schaumeigenschaften

Dichte, g/cm³ 0,0464

Luftdurchlässigkeit, 0,822

1/Sek.

Zellen pro cm linear 17,3

Zugfestigkeit, 0,900

kg/cm²

Dehnung, % -

Reißfestigkeit, 0,311
kg/cm

0,375

0,50

0,20	0,25	0,3C	0,15	0,20	0,25	0,30
8	7	6	9	7	6	r
128	125	130	132	135	140	136
0,0445	0,0448	0,0451	0,04-3	0,0443	0,0439	0,0427
1,172	0,756	0,066	0,76	0,652	0,571	0,31
18,5	18,5	15,7	17,3	17,3	2l;2	15,7
0,921	0,914	-	1,028	1,090	1,077	1,14
158	158	-	208	233	225	225
0,329	0,258	-	0,345	0,357	0,313	0,325

Die Angaben in Tabelle 3 zeigen, daß ein weiter Spielraum hinsichtlich der Zusammensetzung des Katalysatorsystems sowohl in bezug auf die Menge des Zinn-(II>octanoats als auch der übrigen Bestandteile dieses Systems besteht, was es den Herstellern flexibler Polyurethanschaumplatten ermöglicht, darauf zu vertrauen, daß kleinere Schwankungen der Katalysatorkonzentration die Schaumqualität nicht über Gebühr beeinträchtigen. Im Ansatz D wurde ein Schaumstoff mit einer großen Menge geschlossener Zellen erhallen.

Kontroll versuche wurden zur Abschätzung des Effek-

tes des Weglassens des l-(2-HydroxypropylHmidazols ausgewertet. Probeblöcke von etwa 28 I wurden unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Hennecke^Maschine hergestellt. Die Rezeptur wurde dahin^ gehend abgewandelt, daß lediglich das Tfiäthylertdiamindiformiat als Aminkatalysator eingesetzt wurde. Die Rezeptur enthielt das TDI mit einem Index von 110,100 Teile propoxyliertes Glyzerin mit einem Molekulargewicht von 3500, 2,0 Teile Wasser und 1,0 Teil ίο oberflächenaktives Silikon. Die Angaben zu diesen Ansätzen finden sich in Tabelle 4.

Tabelle 4

Ansatz

A
B
C
D

Triäthylen- Zinn-* H)-diamindioctanoat

Aufrahm- Steigzeil Dichte zeit

(Teile)

0,15
0,15
0,15
0,21

(Teile)

(Sek.) (Sek.) (g/cm^j)

0,15
0,20
0,25
0,15

13
12
12
13

0,0469
0,0446
0,0411
0,0490

Luftdurchlässigkeit

(I/Sek.)

1,04
1,09
1,51
1.04

Zellen
pro cm

20
20
22,8
18,5

Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen, daß das Triäthylendiamindiformiat in Kombination mit Zinn-(II)-octanoat zwar als Katalysator wirksam ist, jedoch ergibt ein Vergleich der Ergebnisse der Tabellen 1 und 4, daß die Mischung mit l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol für bestimmte Anwendungen von kommerziellem Interesse besser ist, insbesondere im Hinblick auf Aufrahm- und Steigzeit.

Beispiel 3

Eine Reihe von P Oben wurde durch Handmischen von Rezepturen hergestellt, die verschiedene Anteile an l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol und Triäthylendiamindiformiat enthielten. Der Schaum fiel zusammen, wenn l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol ohne jedes Triäthylendiamindiformiat verwendet wurde. Die obere Grenze für die Konzentration des l-(2-Hydroxypropyl)-imidazols in den Mischungen mit Triäthylendiamindiformiat wurde für eine Mischung aus gleichen Gewichtsteilen dieser beiden Katalysatorbestandteile ermittelt Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengestellt

Tabelle	5	Auf	Steig	Dichte
An	H2-Hydroxy-	rahm	zeit
satz	propyl)-	zeit
	imidazol/
	Triäthylen-
	diamindiformiat-
	Verhältnisse	(Sek.)	(Sek.)	(g/cm³)
		7	125	zusammen-
A	100/0	8	140	αοΤιΤ'
B	50/50	8	145	0,0528
C	40/60	7	145	0,0544
D	30/70

50 Ansatz

l-(2-Hydroxy-

propyl)-

imidazol/

Triäthylen-

diamindiformiat-

Verhältnisse

Aufrah mzeit

Steigzeit

Dichte

(Sek.) (Sek.) (g/cm³)

25/75
20/80
10/90

9
10
10

145
150
165

0,0448
0,0528
0,0496

In den gleichen Versuchen wurden jeweils 100 Teile propoxyliertes Glyzerin mit einem Molekulargewicht 3500, 0,7 Teile oberflächenaktives Silikon, 1,75 Teile Wasser, 26,6 Teile Toluylendiisocyanat (Index 110), 0,15 Teile Zinn-(II)-octanoat und 0,6 Teile der 1-(2-HydroxypropyI)-imidazoI/Triäthylendiamindiformiat-Mischung umgesetzt.

Die Angaben zeigen, daß l-(2-Hydroxypropy])-imidazol, wenn es in dem Gemisch zu nicht mehr als dem Gewicht des Triäthylendiamindiformiats verwendet wird, bei der Polyurethanschaurnhersteüung brauchbar ist

Beispiel 4

Eine Anzahl Probewürfel aus flexiblem Polyurethanschaum wurde unter Verwendung der Hennecke-Schaummaschine hergestellt Das propoxylierte Glyzerin besaß ein Molekulargewicht von 3500. Als PoIyisocyanat wurde das Isocyanat gemäß Beispiel 1 in einer Menge entsprechend einem Isocyanatindex von 110 eingesetzt Die Konzentration an oberflächenaktivem Silikon betrug ein Teil, die Konzentration des Wassers 2 Teile pro 100 Teile Polyol. Das Katalysatorsystem bestand aus gleichen Gewichtsteilen 1-(2-HydrGxypropyl)-irnidazol und Triäihyleridiamindiformiat sowie Zinn-(II)-octanoat in den in Tabelle 6 angegebenen Mengen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 wiedergegeben.

Tabelle 6

Ansatz Triäthylendiamin-	Sn-(II)-	Auf	Steigzelt	Dichte	Luftdurch- Zellen
difOrmiat/l-Q-	octanoat,	rahm			lässigkeit pro cm
Hydroxypropyl}-	Teile/	zeit
imitlazol-Mischung	100 Teile
(50:50Gew.-%),	Polyol
Teile/100 Teile
Polyol		(Sek.)	(Sek.)	(g/cm³)	(1/Sek.)

A
B
C

D
E
F
G
H
J

0,375

0,5

0,73

0.73

0,25
0,15
0,20
0.25
0,30
0,15
0,20
0,25
0,30

Die Angaben in Tabelle 6 zeigen, daß die Katalysatormischung über einen breiten Konzentrationsbereich des Zinn-(II)-octanoats brauchbar ist, was einen Spielraum von kommerziellem Interesse schafft.

Beispiel 5

Bislang war es ständige Praxis, oberflächenaktive Vjttel in einer Schaumstoffrezeptur in Konzentrationsbereichen einzusetzen, die auf die Menge der verwendeten Ausgangsstoffe bezogen waren und die im allgemeinen die Konzentration oder die Art des Treibmittels wenig berücksichtigten, egal ob dieses eine flüchtige Flüssigkeit, eine thermisch nicht stabile Verbindung, eine chemisch reaktionsfähige Verbindung oder ein eingemischtes Gas war. Oberflächenaktive Mittel auf Silikonbasis wurden im allgemeinen in einer Konzentration von 0,7 bis 1,5 Teilen Siiikon pro 100 Teile Polyol eingesetzt, und ein solcher Bereich wurde für ratsam gehalten, ohne Rücksicht darauf, welche weiteren Änderungen in der Rezeptur der Ausgangsstoffe vorgenommen wurden. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Verarbeitbarkeit von Polyurethanschaum-Vorläufern mit 1,75 bis 2Teifen Wasser pro lOOTeiie Polyol durch die Verwendung von 0,25 bis 0,35 Teilen oberflächenaktivem Silikon pro 100 Teile Polyol verbessert wird. Wie in Tabelle 7 gezeigt, wurden bei Verwendung einer Silikonkonzentration von 0,25 Teilen pro 100 Teile Polyol überlegene Ergebnisse erzielt:

Tabelle 7

TD !-Index 110

Toluylendiisocyanat, 80/20-Mischung 27,0

Propoxyliertes Glyzerin, MG = 3500 100,0

Wasser 1,75
Triäthylendiamindiformiat/
l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol-Mischung
(73:27Gew.-%) 0,30

Silikon,

ICJlC/ IUU XCIlO TLTlJfUl

Sn-(II)-octanoat,
Teile/100 Teile Polyol

0,25 0,25 0,70 0,70
0,15 0,22 0,15 0,22

125
160
153
142
140
160
147
138
130

0,0448
0,0454
0,0456
0,0445
0,0442
0,0439
0,0427
0,0442
0,0419

Aufrahmzeit, Sek.
Steigzeit, Sek.
Schaumeigenschaften
Dichte, g/cm³

Luftdurchlässigkeit,
I/Sek.

Zellen pro cm
Zugfestigkeit, kg/cm²
Dehnung, %
Reißfestigkeit, kg/cm

0,755
0,564
0,460
0,281
0,127
0,675
0,454
0,543
0,046

2
175

18.5

17,3

20

21,1

24,4

20

21,2

18,5

168

8 240

9 205

0,0507 0,0488 0,056 0,0523

0,775

21,2

0,900

150

0,312

0,434

20,8

1,006

181

0,375

0,434

20,8

0,815

122

0,375

0,071 22,8

Durch Verwendung von nur 0,25 Teilen oberflächenaktivem Silikon pro 100 Teile Polyol wird eine überlegene Dehnung erzielt. Besonders bedeutsam ist der breitere Spielraum der Menge des Zinn-(II)-octanoats,

4ό der durch Verwendung von 0,25 anstelle von 0,70 Teilen Silikon pro 100 Teile Polyol möglich ist. Werden nänrlich bei Einsatz von 0,70 Teilen oberflächenaktivem Silikon 0,22 Teile Zinn-(II)-octanoat pro 100 Teile Polyol eingesetzt, so entsteht ein Schaum mit einer großen Menge geschlossener Zellen. Weiterhin ist die Steigzeit in vorteilhafter Weise kürzer bei Verwendung der geringen Silikonkonzentration des Bereichs von 0,25 bis 0,35. Die verbesserte Verarbeitbarkeit durch geringen Silikonanteil ist bedeutend, wenn Schäume

so mit geringen Mengen Wasser, wie beispielsweise 1,75 oder 2 Teilen pro 100 Teile Polyol hergestellt werden.

Beispiel 6

Eine Reihe Proben aus Polyurethanschaum wurde unter Verwendung bestimmter Standardkomponenten, -Verhältnisse und -verfahren mit dem Schwergewicht auf der Änderung der Konzentrationen des Katalysatorsystems hergestellt. Die Komponenten, die stets in den verschiedenen Ansätzen verwendet wurden, waren:

Propoxyliertes Glyzerin

(MG = 3500}

Toluylendiisocyanat

(TDI-Index 110)

Wasser

Silikon

Katalysatorsystem

Teile 100

27

1,75

0,70

variabel

ti

In den Ansätzen a bis f wurde zusammen mit Zinn-(II)-octanoat Triethylendiamin als Katalysatorsystem verwendet. Das Katalysatorsystem wurde mit »R« bezeichnet. Im Katalysatorsystem »S« wurde das Triäthylendiamin in etwa seiner zweifachen Gewichtsmenge in Diäthyienglykol gelöst zusammen mit Zinn-(II)-octanoat verwendet (Ansätze g bis j). IfI den Ansätzen k bis q des Beispiels war Triäthylendiamin 12

nur zu 40%, bezogen auf die Mischung aus 73 Gew.-% Ti'iäthylendiamindiformiat und l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol, enthalten. Das Katalysatorsystem aus dieser Mischung zusammen mit Zinn-(II)-octanoat wurde mit »WT« gekennzeichnet.

Die Wirkung der Änderung der Verhältnisse des Zinn-(II)-octartoats ist aus der Tabelle 8 ersichtlich.

Tabelle 8

Ansatz

kataly-

sator-

system

Triäthylen- Zinn-(II)- Auf- Steigdiamini octanoat, rahm- zeit Tle/100 TIe/lOOTle. zeit TlePolyol Polyol

Dichte

Luftdurchlässigkeit

Zellen
pro cm

Zugfestig
keit

Dehnung

Reißfestig keit

Rück^ prall

(Sek.) (Sek.) (g/cm^J) (1/Sek.)

(kg/cm²) (%) (kg/cm) (%)

IC nntrnWf*

ä
b

R
R

c R

d R

e R

Γ R

g
h

j s

Beispiel

k WT

m WT

η WT

ρ WT

q WT

0,15
0,15

0,15
0,12
0,12
0,12

0,15
0,15

0,15

0,12
0,12
0,12
0,15
0,15

0,15
0,18

0,20
0,15
0,18
0,20

0,15
0,18

0,20

0,15
0,18
0,20
0,15
0,18

0,0480 0,444 26,3 1,055 203 0,322 47 0,0448 0,085 27,2 große Menge geschlossener

Zellen
Schaumkollaps

1,007 178 0,322 50 0,991 167 0,250 50 große Menge geschlossener Zellen

0,0455 0,534 22,0 1,028 181 0,252 35 0,0547 0,113 25,6 große Menge geschlossener Zellen
starkes Schrumpfen und Schaumkollaps

242 195 190 175

180 150 starkes Schrumpfen und
0,0528 0,515 25,2
0,0501 0,298 24,4
0,0486 0,151 24,4

0,0560 0,435 20,9

0,0516 0,090 21,2

0,0534 0,326 22,0

0,0496 0,990 24,4

0,0504 0,510 25,2

0,815	122	0,357	53
0,815	122	0,357	53
0,780	114	0,216	48
1,012	183	0,361	50
0,956	160	0,280	49

Bei engbegrenzten Verhältnissen von Triäthylendiamin als einzigem Aminkatalysatof zusammen mit Zinn-(II)-octanoat wird die Bildung von Polyurethanschaum gefördert, jedoch ergibt sich ein Zusammenfallen des Schaums und/oder die Bildung geschlossener Zellen, wenn der Anteil des Zinn-(II)-octanoats bei Konstanthalten des Triäthylendiamins erhöht wird, wie bei den Ansätzen a bis j gezeigt Die Verwendung der Mischung mit dem Triäthylendiamindifonniat und dem l-(2-Hydroxypropyl)-imidazol erlaubt die Herstellung von Polyurethanschäumen über einen breiteren Bereich derZinn-{II)-octanoatkonzentration (Ansätze k bis q), was zeigt, daß die Erfindung das lange anstehende Problem des engen Spielraums für den Zinnkatalysator lösL

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums mit einer Dichte im Bereich von 0,032 bis 0,064 g/cm³ durch Umsetzung eines PoIyajkylenätherpolyols mit wenigstens zwei Alkanolgruppen pro Molekül, eines organischen Polyisocyanate mit wenigstens zwei Isocyanatgruppen pro Molekül und 1,5 bis 2 Teilen Wasser pro 100 Teile des Polyalkylenätherpolyols in Gegenwart eines Zinn-{II)-octanoat und ein N-hydroxyalkylsubstituiertes Imidazol enthaltenden Katalysatorsystems, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Katalysatorsystem verwendet, das aus Zinn-(U)-octanoat, l-(2-HydroxypropyI)-imidazol und dem Diformiat des Triäthylendiamins besteht, und in dem die Gewichtsmenge des l-(2-Hydroxypropyl)-imidazols nicht größer ist als die Menge des Diformiats des Triäthylendiamins in dem Reaktionsgemisch.