DE3704802A1 - Process for modifying the mechanical properties of polyurethane foams - Google Patents

Process for modifying the mechanical properties of polyurethane foams

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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Abstract

In order to modify the mechanical properties - in particular in order to increase the strength and modulus - of polyurethane foams, the chemical starting materials of these foams are admixed with a finely particulate mineral additive. The particles thereof, as a constituent of the cell structure, cause, after curing, an increase in strength and modulus of the foam, dependent on the amount of admixed additive but without the inherent foaming behaviour of the pure foam being impaired. The additive can be gypsum, cement, crushed rock, quartz sand, etc.

Description

Die Erfindung betrifft eine Methode der Veränderung der mechanischen Eigenschaften von Polyurethan-Schaumstoffen, bei der durch mineralische Zuschlagstoffe die Rohdichte dieser Schaumstoffe und damit verbunden ihre Festigkeit und ihr Modul verändert werden, ohne daß die übrigen der diese Schaumstoffe kennzeichnenden Eigenschaften verloren gehen.The invention relates to a method of change the mechanical properties of Polyurethane foams, thanks to the mineral Aggregates the bulk density of this Foams and their strength and their module can be changed without the rest of the characteristic of these foams Properties are lost.

Die mechanischen Eigenschaften und Merkmale von Polyurethan-Schaumstoffen sollen durch billige mineralische Zuschlagstoffe ihrem jeweiligen Anwendungszweck entsprechend und in dem Maße verändert werden können, wie es durch chemische Zusätze zu den Ausgangsstoffen dieser Schaumstoffe nicht erreicht werden kann.The mechanical properties and characteristics of Polyurethane foams are said to be cheap mineral aggregates their respective Application purpose and to the extent can be changed as it is by chemical Additives to the raw materials of these foams cannot be reached.

Polyurethan-Schaumstoffe entstehen durch chemische Reaktion eines Polyoles mit einem Polyisocyanat. Die niedermolekularen, flüssigen Ausgangsstoffe vernetzen durch die chemische Reaktion zu einem hochmolekularen Werkstoff. Im allgemeinen dient Kohlendioxid, das sich im Reaktionsgemisch bildet, als Teibmittel. Abhängig von den gewünschten mechanischen Eigenschaften des herzustellenden Schaumstoffes werden den Ausgangsstoffen weitere flüssige Zusätze beigegeben (z. B. Trichlorfluormethan und tertiäre Amine).Polyurethane foams are created by chemical Reaction of a polyol with a polyisocyanate. The low molecular weight, liquid raw materials network through the chemical reaction to a high molecular material. in the generally serves carbon dioxide, which is in the Reaction mixture forms as a leavening agent. Dependent of the desired mechanical properties of the foam to be produced the raw materials further liquid additives added (e.g. trichlorofluoromethane and tertiary amines).

Festigkeit und Modul eines Schaumstoffes sind weitestgehend von seiner Rohdichte abhängig. Dies erklärt sich daraus, daß die Kraftübertragung in einem Schaumstoff ausschließlich über seinen nutzbaren Gerüstanteil erfolgt. Die Schaumstoffstruktur setzt sich zusammen aus den Zellhäuten, Zellstegen und Zellknoten. Bei den herkömmlichen Schaumstoffen ergibt sich die Rohdichte - und damit auch Festigkeit und Modul - aus den Wandstärken der (allein aus den vernetzten Ausgangsstoffen bestehenden) Zellhäute, -stege und -knoten, wobei die unterschiedliche Ausbildung der Wandstärken der Schaumstoffstruktur durch die chemische Formulierung der Ausgangsstoffe und ggf. weitere flüssige Zusätze (z. B. Trichlorfluormethan und tertiäre Amine) bewirkt wird. The strength and modulus of a foam are largely dependent on its bulk density. This is due to the fact that the power transmission in a foam only takes place via its usable scaffolding. The Foam structure is composed of the Cell skins, cell webs and cell nodes. Both conventional foams Bulk density - and thus also strength and modulus - from the wall thicknesses of the (solely from the networked Existing) cell skins, - Bridges and knots, the different Training the wall thicknesses of the Foam structure due to the chemical formulation of the starting materials and possibly other liquid additives (e.g. trichlorofluoromethane and tertiary amines) is effected.  

Die Nachteile dieser Methode liegen darin, daßThe disadvantages of this method are that

  • 1. eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften eines Schaumstoffes über die Veränderung der Wandstärken (gebildet aus dem Schaumstoffmaterial selbst) seiner Zellstruktur erfolgt, was zwangsläufig eine Veränderung seines "Ausschäumvolumens" nach sich zieht; d. h. mit zunehmenden Wandstärken wird das Verhältnis zwischen Volumen der flüssigen Ausgangsstoffe und dem daraus gewonnenen Schaumvolumen (in ausgehärtetem Zustand) geringer.1. a change in mechanical Properties of a foam over the Change in wall thickness (formed from the Foam material itself) of its cell structure occurs, which is bound to be a change its "foaming volume" entails; d. H. the ratio increases with increasing wall thickness between volumes of liquid raw materials and the foam volume obtained from it (when cured) lower.
  • 2. der Erhöhung der Rohdichte - und damit Festigkeit und Modul - eines Schaumstoffes eine Grenze gesetzt ist. Sie ist dort erreicht, wo der Gerüstanteil des Schaumstoffes aufgrund immer dickerer Wandstärken der Zellsubstanz einen so großen Anteil an dem "Ausschäumvolumen" einnimmt, bis die typischen Merkmale und Eigenschaften (z. B. bzgl. Wärmedämmung) eines "Schaum"-Stoffes faktisch nicht mehr gegeben sind.2. increasing the bulk density - and thus strength and module - a foam one Limit is set. It is reached where the framework proportion of the foam due to ever thicker wall thicknesses of the cell substance such a large share of the "foaming volume" takes up the typical features and Properties (e.g. with regard to thermal insulation) of a "Foam" fabrics no longer exist are.
  • 3. zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften und Merkmale eines Schaumstoffes den Ausgangsstoffen entsprechend dem gewünschten Aufschäum- und Gerüstbildungsverhalten jeweils besondere, unterschiedliche chemische Zusätze beizumischen sind.3. to change the mechanical properties and characteristics of a foam the starting materials according to the desired one Foaming and scaffolding behavior in each case special, different chemical additives are to be mixed.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften von Polyurethan- Schaumstoffen zu entwickeln, die gegenüber der herkömmlichenThe object of the present invention is to achieve this underlying a process for changing the mechanical properties of polyurethane To develop foams that oppose the usual

  • 1. eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften und Merkmale der Schaumstoffe ohne Auswirkung auf ihr "Ausschäumvolumen" gewährleistet.1. a change in mechanical properties and characteristics of the foams without Guaranteed impact on their "foaming volume".
  • 2. die Erhöhung von Festigkeit und Modul der Schaumstoffe auf erheblich höhere Werte ermöglicht, ohne dabei die übrigen typischen Merkmale und Eigenschaften der Schaumstoffe zu verändern.2. the increase in strength and modulus of Allows foams to significantly higher values without doing the other typical Characteristics and properties of the foams too change.
  • 3. eine kontinuierliche Veränderung von Festigkeit und Modul der Schaumstoffe ermöglicht.3. a continuous change in strength and module of the foams.
  • 4. die Veränderung der mechanischen Eigenschaften und Merkmale der Schaumstoffe mit Hilfe eines preiswerten für jede Schaumstofformulierung geeigneten Zuschlagsstoffes ermöglicht.4. the change in mechanical properties and characteristics of the foams with the help an inexpensive one for every foam formulation suitable aggregate enables.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden den chemischen Ausgangsstoffen für die Polyurethan-Schaumstoffe mineralische Zuschlagstoffe zugesetzt.To solve this problem, the chemical Starting materials for the polyurethane foams mineral aggregates added.

Durch das Einrühren des pulver-/mehlförmigen mineralischen Zuschlagstoffes (z. B. Gips, Zement, Gesteinsmehl, feiner Quarzsand, etc.) in die flüssigen Ausgangsstoffe der Schaumstoffe entsteht ein Gemisch, in dem der mineralische Zuschlagstoff gleichmäßig verteilt ist. Bei der chemischen Reaktion werden die Partikel des Zuschlagstoffes im Gemisch, aus dem sich die Zellstruktur aufbaut, zum Bestandteil der Zellstruktur des Schaumstoffes. Bei Verwendung von solchen Ausgangsstoffen, deren chemische Formulierung auf einen Schaumstoff geringer Rohdichte eingestellt ist, führt allein die Beimischung mineralischer Zuschlagsstoffe zu der beabsichtigten Veränderung der mechanischen Eigenschaften, wobei das dem "reinen" Ausgangsstoff eigentümliche "Ausschäumungsvolumen" erhalten bleibt. Dabei wird die für eine Erhöhung von der Festigkeit und Modul erforderliche Verdickung der Wandstärken der Zellstruktur des Schaumstoffes ausschließlich durch die Menge eingelagerter Partikel des beigemischten mineralischen Zuschlagstoffes in die den Schaumstoff bildenden chemischen Komponenten bewirkt. Der physikalische Aufbau des tragenden Gerüstes der Zellstruktur besteht somit aus den festen Partikeln des Zuschlagstoffes, die nach deren Aushärten von den chemischen Schaumstoffkomponenten zusammengeklebt sind. Die zumischungsfähige Menge an Zuschlagstoff wird durch das Vermögen der chemischen Schaumstoffkomponenten, die Partikel des Zuschlagstoffes miteinander verkleben zu können, begrenzt. Diese Sättigung zeigt sich bereits beim Einmischen der Zuschlagstoffe. Sie ist erreicht, wenn die teigartige Masse der Mischung ein Mehr an pulver-/mehlartigem Zuschlagstoff nicht aufnehmen kann.By stirring in the powder / flour mineral aggregate (e.g. gypsum, Cement, stone powder, fine quartz sand, etc.) in the liquid raw materials of the foams creates a mixture in which the mineral Aggregate is evenly distributed. In the chemical reaction becomes the particles of the Aggregate in the mixture from which the Builds up cell structure, part of the cell structure of the foam. When using such raw materials, their chemical formulation on a foam with low bulk density only the admixture leads mineral aggregates to the intended change in mechanical Properties, which is the "pure" raw material get peculiar "foaming volume" remains. Doing so will increase thickening required by the strength and modulus the wall thickness of the cell structure of the Foam only by the amount embedded particles of the admixed mineral aggregate in the Foam-forming chemical components causes. The physical structure of the load-bearing The structure of the cell structure thus consists of solid particles of the aggregate, which after their curing from the chemical foam components are glued together. The admixable Amount of aggregate is through the assets of the chemical Foam components, the particles of the aggregate to be able to glue together limited. This saturation is already evident when mixing in the aggregates. she is reached when the pasty mass of the mixture more powder / flour-like aggregate cannot record.

Die Einmischung der mineralischen Zuschlagstoffe in die Ausgangsstoffe des Schaumstoffes kann auf folgende Weisen erfolgen:The interference of the mineral aggregates in the raw materials of the foam done in the following ways:

  • 1. je besonders in den einen oder den anderen Ausgangsstoff, wodurch die jeweils beschickte Komponente mit zunehmender Menge an Zuschlagstoff eine zunehmend dickflüssige bis zu einer teigartigen Konsistenz annimmt. 1. especially in one or the other Starting material, which means that each is loaded Component with increasing amount of aggregate an increasingly viscous to one dough-like consistency.  
  • 2. während der Durchmischung der Ausgangsstoffe, wodurch die reaktionsfähige Mischung bis zur Sättigung mit Zuschlagstoffen beschickt werden kann. Dadurch werden die höchstmöglichen Festigkeitswerte des Schaumstoffes erreicht.2. during the mixing of the starting materials, whereby the reactive mix up charged with additives for saturation can be. This will make the highest possible Strength values of the foam reached.

Die mit dieser Erfindung bewirkten Vorteile bestehen darin, daßThe advantages brought about by this invention consist in that

  • 1. mit dieser Art des physikalischen Aufbaus der Zellstruktur eines Schaumstoffes Werte für Rohdichten und Druckfestigkeiten erreicht werden, wie sie mit herkömmlichen Schaumstoffstrukturen nicht darstellbar sind.1. with this type of physical structure the cellular structure of a foam values for Bulk densities and compressive strengths are achieved, like with conventional foam structures cannot be represented.
  • 2. Schaumstoffe mit mineralischen Zuschlagstoffen selbst bei höchstmöglicher Festigkeit und höchstmöglichem Modul im Gegensatz zu entsprechenden herkömmlichen Schaumstoffen ihre günstigen Eigenschaften z. B. hinsichtlich Wärmedämmung auch weiterhin behalten. Dabei sind sie herkömmlichen Schaumstoffen auch im Hinblick auf Schalldämmung deutlich überlegen.2. Foams with mineral additives even with the highest possible strength and highest possible module in contrast to corresponding conventional foams their favorable properties z. B. with regard to thermal insulation keep it. Are they also consider conventional foams clearly superior to sound insulation.
  • 3. Schaumstoffe mit mineralischen Zuschlagstoffen gegenüber den herkömmlichen Schaumstoffen ohne weitere besondere Zusätze (z. B. Flammschutzmittel) feuerhemmende und selbstlöschende Eigenschaften aufweisen.3. Foams with mineral additives compared to conventional foams without other special additives (e.g. flame retardants) fire retardant and self extinguishing Have properties.
  • 4. die Herstellkosten für Schaumstoffe unter Verwendung der sehr preiswerten mineralischen Zuschlagstoffe erheblich geringer ausfallen als diejenigen für Schaumstoffe mit entsprechenden - vergleichsweise teueren - chemischen Zusätzen.4. The manufacturing costs for foams below Use of the very inexpensive mineral Aggregates turn out to be significantly less than those for foams with corresponding ones - comparatively expensive - chemical additives.
  • 5. die durch die Verwendung mineralischer Zuschlagstoffe erzielbaren mechanischen Eigenschaften von Schaumstoffen diesen eine Reihe neuer Anwendungsgebiete erschließen.5. the through the use of mineral aggregates achievable mechanical properties of foams this a number open up new areas of application.

Claims (1)

Verfahren zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften von Polyurethan-Schaumstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß den chemischen Ausgangsstoffen dieser Schaumstoffe ein mineralischer Zuschlagstoff (z. B. Gips, Zement, Gesteinsmehl, Quarzsand) beigemischt ist.Process for changing the mechanical properties of polyurethane foams, characterized in that a mineral additive (e.g. gypsum, cement, stone powder, quartz sand) is added to the chemical starting materials of these foams.
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