DE4133306C2 - Verfahren zur Herstellung foggingarmer, elastischer Schaumstoffe auf Isocyanatbasis - Google Patents

Verfahren zur Herstellung foggingarmer, elastischer Schaumstoffe auf Isocyanatbasis

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung fog­ gingarmer, elastischer Schaumstoffe auf Isocyanatbasis.
Kunststoffe aller Art, wie sie heute einzeln oder in Kombination mit anderen Werkstoffen, z. B. im Automobilbereich, Verwendung fin­ den, zeichnen sich im allgemeinen dadurch aus, daß sie niedermoleku­ lare Verbindungen enthalten, welche bei den im Fahrzeuginneren auf­ tretenden Temperaturen ausdunsten. Diese Verbindungen kondensieren zum Teil an kühleren Flächen, wie z. B. an der Windschutzscheibe, und führen hier zu einer Beeinträchtigung der Sicht und somit der Fahrsicherheit.
Dieses Verhalten wird im Entwurf der DIN 75201 vom März 1989 ge­ prüft.
Kunststoffe gelten im allgemeinen als foggingarm, wenn nach der Re­ flektometer-Methode Werte < 90% und nach der Bestimmung der konden­ sierbaren Bestandteile Werte < 0,7 mg bei einer Prüftemperatur von 100°C erzielt werden. Diese Anforderungen werden von Schaumstoffen auf Isocyanatbasis bisher nicht oder nur unzureichend erfüllt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, elasti­ sche Schaumstoffe auf Isocyanatbasis herzustellen, die die oben ge­ nannten Werte erreichen oder übertreffen.
Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieser Aufgabe in einem Verfah­ ren zur Herstellung eines foggingarmen elastischen Polyurethan- Schaumstoffes durch Umsetzung von Polyisocyanat-Monomeren mit ge­ genüber Isocyanaten reaktionsfähigen Verbindungen in Gegenwart ei­ nes Treibmittels und Tempern der erhaltenen Schaumstoffe bei erhöh­ ter Temperatur.
Die Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen ist an sich bekannt und z. B. in den deutschen Offenlegungsschriften 16 94 142, 16 94 215 und 17 20 788 sowie im Kunststoffhandbuch Band VII, Poly­ urethane (Hrsg.: Vieweg und Höchtlen), Carl Hanser Verlag, München 1966 sowie in dessen Neuauflage (Hrsg.: G. Oertel), Carl Hanser Ver­ lag, München, Wien 1983, beschrieben.
Nach diesen Verfahren werden vorwiegend Urethan-, Isocyanurat-, Uretdion-, Harnstoff- oder Carbodiimidgruppen aufweisende Schaum­ stoffe hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugswei­ se zur Herstellung von foggingarmen, elastischen Polyurethan-Schaum­ stoffen angewandt.
Zur Herstellung der Schaumstoffe auf Isocyanatbasis werden ein­ gesetzt:
als Ausgangskomponente aliphatische, cycloaliphatische, araliphati­ sche, aromatische oder heterocyclische Polyisocyanate eingesetzt, wie sie z. B. von W. Siefken in Justig Liebigs Annalen der Chemie, 562, Seiten 75 bis 136 beschrieben werden; beispielsweise solche der Formel Q(NCO)n, in der n = 2 bis 4, vorzugsweise 2 bis 3 ist und Q einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 18, vor­ zugsweise 6 bis 10 C-Atomen, einen cycloaliphatischen Kohlenwasser­ stoffrest mit 4 bis 15, vorzugsweise 5 bis 10 C-Atomen, einen aro­ matischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 15, vorzugsweise 6 bis 13 C-Atomen oder einen araliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 15, vorzugsweise 8 bis 13 C-Atomen bedeutet, z. B. solche Polyiso­ cyanate, wie sie in der DE-OS 28 32 253, Seiten 10 bis 11, beschrie­ ben werden. Besonders bevorzugt sind technisch leicht zugängliche Polyisocyanate, z. B. 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat sowie deren Gemische ("TDI"); Polyphenyl-polymethylenpolyisocyanate, wie sie durch Anilin-Formaldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenie­ rung hergestellt werden können ("rohes MDI") und Carbodiimid, Ure­ than, Allophanat-, Isocyanurat-, Harnstoff- oder Biuretgruppen auf­ weisende Polyisocyanate ("modifizierte Polyisocyanate"), insbeson­ dere solche modifizierten Polyisocyanate, die sich von 2,4 oder 2,5 Toluylendiisocyanat bzw. vom 4,4- oder 2,4 Diphenylmethandiisocya­ nat ableiten.
Ausgangskomponenten sind ferner Verbindungen mit mindestens zwei ge­ genüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit einem Molekulargewicht von üblicherweise 400-10000. Hierunter sind neben Amino-, Thiol- oder Carboxylgruppen aufweisenden Verbindungen vorzugsweise Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen zu verstehen, insbesondere 2 bis 8 Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen, be­ sonders solche vom Molekulargewicht 1000-6000, vorzugsweise 2000- 6000, z. B. mindestens 2, üblicherweise 2 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6, Hydroxylgruppen aufweisende Polyether und Polyester sowie Poly­ carbonate und Polyesteramide, wie sie für die Herstellung von homo­ genen und zellförmigen Polyurethanen an sich bekannt sind und wie sie z. B. in der DE-OS 28 32 253, Seiten 11-18, beschrieben werden. Die mindestens zwei Hydroxylgruppen aufweisenden Polyester sind zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt.
Gegebenenfalls werden als weitere Ausgangskomponenten Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Wasser­ stoffatomen und einem Molekulargewicht von 30 bis 400 eingesetzt, wobei hierunter ebenfalls Hydroxyl-, Amino-, Thiol- und/oder Car­ boxylgruppen aufweisende Verbindungen, vorzugsweise Hydroxyl- und/ oder Aminogruppen aufweisende Verbindungen, welche als Kettenver­ längerungsmittel oder Vernetzungsmittel dienen können, verstanden werden. Derartige Verbindungen weisen im allgemeinen 2 bis 8, vor­ zugsweise 2 bis 4, gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige Wasser­ stoffatome auf. Beispiele werden in der DE-OS 27 32 292, Seiten 21 -24 beschrieben.
Wasser und/oder leicht flüchtige organische Substanzen oder während der Reaktion freigesetzte Gase wie z. B. Stickstoff können als Treib­ mittel zur Erzielung der Schaumstruktur eingesetzt werden.
Gegebenenfalls werden Hilfs- und Zusatzmittel mitverwendet wie beispielsweise Katalysatoren, oberflächenaktive Zusatzstoffe, wie Emulgatoren und Schaumstabilisatoren, Reaktionsverzögerer, wie beispielsweise sauer reagierende Stoffe wie Salzsäure oder organische Säurehalogenide, ferner übliche Zellregler, Paraffine, Fettalkohole oder Dimethyl­ polysiloxane, sowie Pigmente oder Farbstoffe und bekannte Flamm­ schutzmittel, z. B. Trikresylphosphat, ferner Stabilisatoren gegen Alterungs- und Witterungseinflüsse, Weichmacher und fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen, sowie Füllstoffe wie Ba­ riumsulfat, Kieselgur, Ruß- oder Schlämmkreide. Beispiele von ge­ gebenenfalls mitzuverwendenen Hilfs- und Zusatzstoffen werden bei­ spielsweise in der DE-OS 27 32 292, Seite 21-24 beschrieben.
Weitere Beispiele von gegebenenfalls im erfindungsgemäßen Verfahren mitzuverwendenden oberflächenaktiven Zusatzstoffen und Schaumstabi­ lisatoren sowie Zellreglern, Reaktionsverzögerern, Stabilisatoren, flammhemmenden Substanzen, Weichmachern, Farbstoffen unmd Füllstof­ fen sowie fungistatisch und bakteriostatisch wirksamen Substanzen sowie Einzelheiten über Verwendungs- und Wirkungsweise dieser Zu­ satzmittel sind dem Kunststoff-Handbuch Band, VII (Hrsg.: Vieweg und Höchtlen), Carl-Hanser-Verlag, München, 1966, z. B. auf den Seiten 103-113, zu entnehmen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen werden die Reaktionskomponenten nach dem bekannten Einstufen-, Prepolymer- oder Semiprepolymerverfahren zur Umsetzung gebracht, wobei man sich oft maschineller Einrichtun­ gen bedient, z. B. solcher, die in der US-PS 27 64 565 beschrieben werden. Einzelheiten über Verarbeitungseinrichtungen, die im erfin­ dungsgemäßen Verfahren benützt werden können, sind im Kunststoff- Handbuch, Band VII (Hrsg.: Vieweg und Höchtlen), Carl-Hanser-Verlag, München 1966, z. B. auf den Seiten 121-205, beschrieben.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch kalthärtende foggingarme, elastische Schaumstoffe herstellen (vgl. GB-PS 11 62 517, DE-OS 21 53 086).
Ebenfalls können Schaumstoffe auch durch Blockverschäumung herge­ stellt werden.
Die ausreagierten Schaumstoffe werden vorzugsweise zu Folien oder Platten in Schichtdicken von 1,5-15 mm aufgearbeitet. Einzelheiten über Verarbeitungseinrichtungen, die im erfindungsgemäßen Verfahren benützt werden können, sind im Kunststoff-Handbuch, Band VII (Hrsg.: Oertel), Carl-Hanser-Verlag, München, Wien, 1983 z. B. auf den Seiten 181-186 beschrieben.
Die so erhaltenen Platten oder Folien werden in Trocknungsanlagen, wie sie gewöhnlich in der Textilindustrie verwendet werden, bei Tem­ peraturen von 40-180°C und Verweilzeiten von 0,2 bis 15 min. vor­ zugsweise 0,5 bis 5 min getempert. Dabei können die Platten und/ oder Folien zuvor einem Waschvorgang mit einem Lösungsmittel, vor­ zugsweise Wasser, unterzogen werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Produkte kön­ nen beispielsweise für Möbelpolsterungen, Textileinlagen, Autodach­ himmel, sowie Sitz- und Armaturenverkleidungen verarbeitet werden. Sie erzielen in der voranstehenden erläuterten Foggingprüfung her­ vorragende Werte und zeigen darüberhinaus eine ausgeprägte Geruchs­ armut.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele veranschaulicht, ohne dabei ihren Schutzumfang auf diese Beispiele einzuschränken.
Beispiel 1:
Auf einer handelsüblichen UBT-Verschäumungsanlage wird ein Reak­ tionsgemisch, bestehend aus
100 Gew.-Teilen eines teilverzweigten Polyesters mit einer OH- Zahl von 60 auf der Basis von Adipinsäure, Diethylenglykol und Trimethyolpropan,
2,7 Gew.-Teilen Wasser,
0,3 Gew.-Teilen eines tert.-Amin-Aktivatorgemisches (Desmorapid ® DB, Bayer AG),
0,5 Gew.-Teilen eines tert.-Amin-Aktivatorgemisches (Desmorapid ® PP, Bayer AG),
1,0 Gew.-Teilen des Stabilisators SE 232 (UCC; Silikonbasis)
35,8 Gew.-Teilen eines Gemisches, bestehend aus 38 Gew.-% eines Gemisches aus 80 Gew.-% 2,4- und 20 Gew.-% 2,6- Toluylendiisocyanat und 62 Gew.-% eines Gemisches aus 65 Gew.-% 2,4- und 35 Gew.-% 2,6- Toluylendiisocyanat,
zu einem Block der Höhe 65 cm, Länge 6000 cm und Breite 160 cm ver­ schäumt. Die Rohdichte des resultierenden Polyurethan-Schaumstoffes beträgt 35 kg/m3.
Der Schaumblock wird zu Folien verarbeitet, die eine Schichtdicke von 5 mm aufweisen.
Die Folien werden anschließend in einem Trockenofen bei 150°C 1 min getempert.
Die Foggingprüfung gemäß DIN 75201 ergibt folgende Werte:
  • a) Reflektometerwert (100°C, 3 h): 95%
  • b) kondensierbarer Bestandteil (100°C, 16 h): 0,5 mg
Beispiel 2:
Die gemäß Beispiel 1 hergestellten Schaumstoffolien werden zunächst in einem Wasserbad getränkt, abgepreßt und anschließend in einer Trocknungsanlage bei 180°C 1 min getempert.
Die Foggingprüfung gemäß DIN 75201 ergibt folgende Werte:
  • a) Reflektometerwert (100°C, 3 h): 98%
  • b) kondensierbarer Bestandteil (100°C, 16 h): 0,2 mg
Beispiel 3:
Das Foggingverhalten wird an 8 mm dicken Folien eines Polyurethan- Schaumstoffes einer Rohdichte von 20 kg/m3 untersucht, welcher nach folgender Rezeptur erhalten wurde, untersucht:
100 Gew.-Teile eines teilverzweigten Polyesters mit einer OH- Zahl von 60 auf der Basis von Adipinsäure, Diethylenglykol und Trimethyolpropan,
5,3 Gew.-Teile Wasser
1,5 Gew.-Teile eines tert.-Amin-Aktivators (Desmorapid ® DB, Bayer AG)
1,2 Gew.-Teile Stabilisator SE 232 (UCC-, Silikonbasis)
werden gemäß Beispiel 1 mit
62,8 Gew.-Teilen des Polyisocyanatgemisches aus Beispiel 1 zu einem Schaumstoffblock verschäumt.
Der Schaumstoffblock wird zu Folien verarbeitet und anschließend in einem Trockenofen bei 160°C 0,5 min getempert.
Die Foggingprüfung gemäß DIN 75201 ergibt folgende Werte:
  • a) Reflektometerwert (100°C, 3 h): 93%
  • b) kondensierbarer Bestandteil (100°C, 16 h): 0,4 mg
Aus diesen Beispielen wird ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu besonders foggingarmen Polyurethan-Schaumstoffen führt.
Beispiel 4:
100 Gew.-Teile eines trifunktionellen, mit Ethylenoxid modifi­ zierten Polyetherpolyols einer OH-Zahl von 42
3,6 Gew.-Teile Wasser
0,5 Gew.-Teile eines tert.-Amin-Aktivators (DABCO 33 LV)
0,5 Gew.-Teile Dimethylethanolamin
0,5 Gew.-Teile des Stabilisators OS 20 (Bayer AG) (Silikonbasis)
0,5 Gew.-Teile des Stabilisators B 3640 (Fa. Goldschmidt AG)
0,27 Gew.-Teile Zinn (II)oktanoat
10 Gew.-Teile Thermolin ®-101 Flammschutzmittel Fa. Olin)
49,2 Gew.-Teile eines Gemisches, bestehend aus 80 Gew.-% 2,4- und 20 Gew.-% 2,6 Toluylendiisocyanat
werden zu einem Schaumstoffblock verschäumt.
Der Schaumblock wird zu Folien mit einer Schichtdicke von 6 mm ver­ arbeitet und anschließend in einem Trockenofen bei 160°C 0,5 min getempert.
Die Foggingprüfung gemäß DIN 75201 ergibt folgende Werte:
  • a) Reflektometerwert (100°C, 3 h): 92%
  • b) kondensierbarer Bestandteil (100°C, 16 h): 0,6 mg
Das Beispiel beschreibt einen mit einem Flammschutzmittel auf Basis chlorierter Phosphorsäureester hergestellter Schaumstoff, welcher die Anforderungen der FMVSS 302 mit der Einstufung SE (Self Extin­ guishing) erfüllt.
Es ist aber auch möglich, daß bei mit Textilien zu kaschierenden Schaumstoffen, insbesondere bei einem Kaschieren mit Möbelbezugs­ stoffen, das erfindungsgemäße Tempern erst nach dem Kaschieren, d. h. zusammen mit dem aufkaschierten Textil erfolgt. Dies hat den besonderen Vorteil, daß bei Textilien, die selbst zum Fogging nei­ gen, dann nur ein einziger Arbeitsgang erforderlich ist, um Schaum­ stoff und Textil auszurüsten. Für den dabei zu verwendenden Schaum­ stoff gelten die gleichen Rezepturen wie vorstehend beschrieben, und als Textilien können solche verwendet werden, die üblicherweise bei einer Schaumstoffkaschierung eingesetzt werden.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung foggingarmer elastischer Schaumstof­ fe auf Isocyanatbasis durch Umsetzung von Polyisocyanat- Monomeren mit gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Verbin­ dungen in Gegenwart eines Treibmittels, dadurch gekennzeich­ net, daß die erhaltenen Schaumstoffe bei einer Temperatur von 40 bis 180°C 0,2 bis 15 Minuten getempert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tempern während 0,5 bis 5 Minuten durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Temperns die Umgebungsatmosphäre ausgetauscht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schaumstoff vor dem Tempern einem Waschvor­ gang mit einem Lösungsmittel unterworfen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lö­ sungsmittel Wasser verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Ver­ bindungen ein Molekulargewicht von 400 bis 10000 aufweisen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gegenüber Isocyanaten reaktionsfähigen Ver­ bindungen Hydroxylgruppen aufweisen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es unter Verwendung von Flammschutzmitteln durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Polyurethan-Schaumstoff hergestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Polyurethan-Schaumstoffes Polyester, welche mindestens zwei Hydroxylgruppen aufweisen, verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zu tempernde Schaumstoff in Form von Folien und/oder Platten eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Folien und/oder Platten 1,5 bis 40 mm be­ trägt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff nach Kaschieren mit einem Textil zusammen mit diesem getempert wird.
14. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestell­ ten foggingarmen elastischen Schaumstoffe im Kraftfahrzeug­ bau.
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