DE4022850A1

DE4022850A1 - Flaechiger verbundwerkstoff aus textilen flaechengebilden und polyurethan, das ionische gruppen enthaelt

Info

Publication number: DE4022850A1
Application number: DE4022850A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Zeitler; Edwin Baumann; Karl Dr Haeberle
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1992-01-23

Description

Die Erfindung betrifft einen flächigen Verbundwerkstoff aus thermo plastischem Polyurethan, das durch ein textiles Flächengebilde verstärkt ist.

Flächige Verbundwerkstoffe aus faserverstärktem Polyurethan können, wie z. B. in der EPS 1 80 109 beschrieben, durch Zusammenführen und Verpressen von textilen Flächengebilden mit thermoplastischem Polyurethan auf Doppel bandpressen hergestellt werden. Man erhält auf diese Weise flächige Form teile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Ein Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, daß die benötigten apparativen Einrichtungen sehr aufwendig und kostspielig sind.

Aufgabe der Erfindung war also, einen flächigen Verbundwerkstoff aus thermoplastischem Polyurethan, das durch ein textiles Flächengebilde verstärkt ist, nach einem technisch einfacheren Verfahren, insbesondere ohne die Verwendung einer teuren und wartungsintensiven Doppelbandpresse, herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man eine wäßrige Dispersion eines ionische Gruppen tragenden Polyurethans auf ein textiles Flächengebilde aufbringt und den Verbund nach dem Trocknen zu einem Halb zeug verpreßt.

Der hierzu benötigte apparative Aufwand ist wesentlich geringer als bei der herkömmlichen Herstellung von Verbundwerkstoffen mit Hilfe von Doppel bandpressen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein flächiger Verbundwerkstoff aus 10 bis 90 Gew.-% eines textilen Flächengebildes und einer Matrix aus 90 bis 10 Gew.-% eines ionische Gruppen tragenden Polyurethans.

Überraschend war, daß die Verwendung der an sich bekannten ionischen Gruppen enthaltenden Polyurethane Verbundwerkstoffe ergibt, deren Festigkeit und Steifigkeit den Anforderungen der Anwender entspricht, da diese Polyurethane nach dem Stand der Technik bevorzugt zur Beschichtung weicher, flexibler Substrate wie Leder oder Bekleidungstextilien ein gesetzt werden.

Das textile Fasergebilde kann als Matte, Vlies, Gewebe oder Filz vor liegen; die Fasern können aus Glas, Kohlenstoff, synthetischen Polymeren wie Polyamid, Polyurethan oder Polyester oder auch aus natürlichen Materialien wie Baumwolle bestehen. Bevorzugt sind bi- und multiaxiale Glasgewebe mit einem Flächengewicht von 500 bis 1200 g/m² und Glasmatten mit einem Flächengewicht von 150 bis 1200 g/m². Die Matten können auf übliche Weise mechanisch durch Nadeln verfestigt sein oder durch übliche Bindemittel wie z. B. Polyurethane gebunden sein. Der Durchmesser der Fasern beträgt vorzugsweise 7 bis 20 µm; die Glasfasern brauchen nicht notwendigerweise geschlichtet zu sein, da die zu verwendenden Dispersionen selbst sehr gute Glasschichten darstellen.

Die zur Herstellung der flächigen Verbundkörper zu verwendenden, ionische Gruppen enthaltende Polyurethandispersionen sind an sich bekannt und z. B. in D. Dieterich, Angew. Chem. Int. Ed. 9 (1970), S. 40 ff. beschrieben. Es können Dispersionen aus überwiegend linearen Polyurethanen, z. B. nach US 34 79 310 oder DOS 26 45 779 oder Dispersionen aus vernetzten Poly urethanen, z. B. nach US 38 70 684 oder US 44 08 008 verwendet werden.

Die zu verwendenden Polyurethandispersionen sind aufgebaut aus

a) 1 Grammäquivalent NCO eines Polyisocyanates oder eines Gemisches von Polyisocyanaten,
b) 0,1-0,8 Grammäquivalenten OH eines Polyols oder eines Gemisches aus Polyolen mit einem Molgewicht zwischen 400 und 6000 g/mol,
c) 0-0,5 Grammäquivalente eines Polyols oder eines Gemisches aus Polyolen mit einem Molgewicht zwischen 62 und 399 g/mol,
d) 0-0,4 Grammäquivalenten NH eines Polyamins oder eines Gemisches aus Polyaminen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanat reaktiven Aminogruppen,
e) 0-0,4 Grammäquivalent eines Aminoalkohols oder eines Gemisches aus Aminoalkoholen mit mindestens einer gegenüber Isocyanat reaktiven Aminogruppe,
f) 0-0,2 Grammäquivalenten OH von monofunktionellen Polyetherolen,
g) 0,05-0,5 Grammäquivalent OH oder NH von Verbindungen mit kationischen oder anionischen Gruppen und mindestens einer gegenüber Isocyanat reaktiven Hydroxyl- oder Aminogruppe, mit der Maßgabe, daß die Summe der OH- und NH-Äquivalente zwischen 0,9 und 1,2 liegt.

Der Feststoffgehalt der Dispersionen kann zwischen 10 und 70 Gew.-% liegen, bevorzugt zwischen 20 bis 50 Gew.-%.

Den Dispersionen können übliche Hilfsmittel wie z. B. Verdicker, Thixotropiermittel, Oxidations- und UV-Stabilisatoren, Trennmittel, Füllstoffe oder Pigmente zugesetzt werden.

Hydrophobe Hilfsmittel, die unter Umständen nur schwierig homogen in der fertigen Dispersion zu verteilen sind, können auch nach der in US 43 06 998 beschriebenen Methode dem Polyurethan oder dem Prepolymer bereits vor der Dispergierung zugesetzt werden.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethandispersionen können auch im Gemisch mit bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf Feststoffe, anderer gleichsinnig geladener Dispersionen von Homo- oder Copolymeren von z. B. Acryl- oder Methacrylsäureestern, Styrol oder Butadien eingesetzt werden.

Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe durch Sättigen der textilen Flächengebilde mit den Polyurethandispersionen in einem geeigneten Gefäß und Abquetschen der Dispersion zwischen Doppelwalzen auf das gewünschte Verhältnis von textilem Flächengebilde zu Polyurethan hergestellt. Hiernach wird der Verbundwerkstoff getrocknet; zweckmäßiger weise bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise 60 bis 90°C, jedoch unterhalb 100°C, um die Bildung von Kochblasen zu vermeiden. Wenn mehr als 95% des mit der Dispersion aufgebrachten Wassers verdampft sind, kann die Trocknung durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb 100°C, vorzugsweise 105 bis 130°C, vervollständigt werden.

Grundsätzlich kann die Dispersion auch durch Tauchen, Tränken, Rakeln oder Spritzen auf das textile Flächengebilde aufgebracht werden. Ebenso kann nach partieller oder vollständiger Trocknung ein neuer Auftrag von Dis persion erfolgen, um z. B. einen Verbundwerkstoff mit höherem Anteil an Polyurethan zu erhalten.

Der Verbundwerkstoff wird in einer heizbaren Presse, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 150 und 200°C und Drücken von 2 bis 300 bar, insbesondere zwischen 200 und 300 bar zu einem Halbzeug verpreßt. Es ist auch möglich, zur Erzielung größerer Dicken, zwei oder mehr textile Fasergebilde, auf die eine Polyurethandispersion aufgebracht wurde, gemeinsam zu verpressen. Vor dem Verpressen ist es zweckmäßig, den Verbundwerkstoff durch Infrarotstrahler auf die Temperatur der Presse aufzuheizen.

Das erhaltene Halbzeug kann durch Pressen bei Temperaturen zwischen 150 und 200°C zu großflächigen Formteilen verarbeitet werden . Diese Formteile zeichnen sich durch gute mechanische Eigenschaften und eine einwandfreie faserfreie Oberfläche aus. Sie eignen sich insbesondere als Formteile für die Automobil- und Flugzeugindustrie, beispielsweise für Karosserieteile, wie Kotflügel und Türen, sowie für technische Gehäuse und zur Herstellung von Sandwichteilen.

Beispiel Herstellung der Dispersion

4000 Teile eines Polyesters aus Adipinsäure, Neopentylglykol und Hexandiol mit der OH-Zahl 65, 517 Teile Dimethylolpropionsäure und 640 Teile N-Methylpyrrolidon werden gemischt und 2 h bei 90°C im Vakuum entwässert. Hierzu werden bei 50°C 3469 Teile eines äquimolaren Gemisches von 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan und 4,4′-Bis-(4-isocyanatocyclohexyl)methan gegeben und 60 min bei 90°C gerührt. Dann werden 541 Teile Butandiol-1,4 zugegeben und weitere 150 min bei 90°C gerührt. Es wird auf 50°C gekühlt und mit 8000 Teilen Aceton verdünnt. Diese Lösung weist einen NCO-Gehalt von 1,0 Gew.-% auf. Bei 30°C wird mit 273 g Triethylamin in 1000 g Wasser innerhalb 10 min dispergiert, anschließend werden 402 g 1-Amino-3,3,5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexan in 4000 g Wasser zugegeben.

Das Aceton wird bei 100 mbar abdestilliert und die Dispersion wird mit Wasser auf 30 Gew.-% Feststoffgehalt eingestellt.

Herstellung des Verbundwerkstoffes

Ein Stück multiaxial gewirktes Glasgewebe der Fa. Vorwerk der Größe 240×240 mm (Flächengewicht 920 g/m²) wird in einer Wanne mit der oben beschriebenen Dispersion gesättigt und zwischen zwei Walzen auf 77 g Auftrag an Dispersion abgequetscht. Dann wird 3 h bei 80°C und 24 h bei 100°C getrocknet. Zwei dieser solcherart behandelten Glasmatten werden mit einem Infrarotstrahler auf 200°C vorgeheizt, in eine heizbare Laborpresse eingelegt und 90 sec lang bei 250 bar verpreßt. Das erhaltene Formteil hat einen Glasgehalt von 70 Gew.-% und weist eine spiegelglatte, faserfreie Oberfläche auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Verbundwerkstoffs aus einem textilen Flächengebilde und einem thermoplastischen Polyurethan, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Dispersion eines ionische Gruppen tragenden Polyurethans auf das textile Flächengebilde aufbringt, den Verbund bei erhöhter Temperatur trocknet und zu einem Halbzeug verpreßt.

2. Flächiger Verbundwerkstoff aus 10 bis 90 Gew.-% eines textilen Flächengebildes und 90 bis 10 Gew.-% eines ionische Gruppen tragenden thermoplastischen Polyurethans.

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde eine Glasfasermatte oder ein Glasgewebe ist.